CN117208217A - 一种挡板组件及飞机机头抗撞击结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种挡板组件及飞机机头抗撞击结构，包括挡板。所述挡板包括上面板、下面板及夹层；所述夹层位于所述上面板及所述下面板之间，且沿从所述上面板到所述下面板的方向密度递减。该挡板组件在夹层中采用了梯度泡沫铝芯体，不仅提高了飞机机头抗鸟撞性能，同时还减轻了结构重量、降低了制造成本。其次，本发明对挡板进行包边处理，实现了密封，从而减少了泡沫铝芯体与水分的接触，防止了泡沫铝芯体被腐蚀而缩短结构寿命。最后，现有工字梁支撑的基础上，增加了垂直梁支撑，增强了挡板边缘部位的抗鸟撞性能。
Description
技术领域
本申请属于飞机设计技术领域，具体涉及一种挡板组件及飞机机头抗撞击结构。
背景技术
鸟撞事故是指空中飞行的飞机等飞行器与飞行的鸟类相撞所发生的事故。随着民航事业的发展，越来越多的飞机飞上天空，鸟撞事件也越来越多。端框结构位于机头，鸟体一旦撞击机头部位，在贯穿雷达罩后，极易对端框结构造成破坏，从而损坏航电设备，并对端框后驾驶舱内的飞行员造成杀伤，从而威胁飞行安全。因此，在飞机机头区域进行结构设计时，为了满足抗鸟撞要求，在机头端框结构上增加了抗鸟撞蜂窝挡板组件，该挡板由7075-T6铝合金铣削制作的铝板和加强筋构成，挡板与工字型支撑连接并与机头端框主梁铆接，但该挡板组件的抗冲力能力有所欠缺，且增重过多不利于提高飞机的经济性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，即挡板组件的抗冲力能力不足，且重量过大不利于提高飞机的经济性的问题。
鉴于此，本发明的第一方面提供了一种挡板组件，该挡板组件在夹层中采用了梯度泡沫铝芯体，不仅提高了飞机机头抗鸟撞性能，同时还减轻了结构重量、降低了制造成本。
本发明的第二方面提供了一种飞机机头抗撞击结构，该结构包括飞机端框及上述挡板组件。
具体包括以下技术方案：
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种挡板组件，包括挡板；所述挡板包括上面板、下面板及夹层；所述夹层位于所述上面板及所述下面板之间，且沿从所述上面板到所述下面板的方向密度递减。
进一步的，所述夹层有至少三层，且沿从所述上面板到所述下面板的方向分别为第一夹层、第二夹层及第三夹层；所述夹层的材质为泡沫铝；所述第一夹层的泡沫铝密度为297kg/m3-405kg/m3；所述第二夹层的泡沫铝密度为256.5kg/m3-283.5kg/m3；所述第三夹层的泡沫铝密度为135kg/m3-243kg/m3。
优选的，所述第一夹层的泡沫铝密度为324kg/m3；所述第二夹层的泡沫铝密度为270kg/m3；所述第三夹层的泡沫铝密度为216kg/m3。
优选的，所述上面板的材质为2024-T3铝合金；所述下面板的材质为7075-T6铝合金；所述上面板的厚度为至少1.9mm；所述下面板的厚度为至少0.4mm；所述第一夹层、所述第二夹层及所述第三夹层的厚度均为3-7mm。
进一步的，在所述挡板上还设置有包边；所述包边设置在所述挡板全方位的侧边缘上，形成封闭环状；所述包边的两侧分别连接所述上面板及所述下面板，使所述上面板及所述下面板之间形成密闭空间。
优选的，所述包边的材质为2024-T3铝合金；所述包边的厚度为0.5-2.5mm。
进一步的，该挡板组件还包括支撑梁；所述支撑梁的一面用于连接飞机端框，另一面用于设置所述挡板。
优选的，所述支撑梁包括工字梁；所述工字梁通过连接件连接在所述飞机端框的外表面，且所述连接件穿透所述飞机端框的表面连接在设置于所述飞机端框内表面的端框主梁上；所述工字梁垂直于所述端框主梁；所述工字梁有多个。
进一步的，所述支撑梁还包括垂直梁；所述垂直梁设置在所述挡板边缘位置的底部，位于两个相邻的所述工字梁之间，且垂直于所述工字梁；所述垂直梁的两端分别连接两个相邻的所述工字梁；所述垂直梁有多个。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种飞机机头抗撞击结构，包括飞机端框及上述任一技术方案所述的挡板组件。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
首先，本发明的挡板组件在夹层中采用了梯度泡沫铝芯体，不仅提高了飞机机头抗鸟撞性能，同时还减轻了结构重量、降低了制造成本。其次，本发明对挡板进行包边处理，实现了密封，从而减少了泡沫铝芯体与水分的接触，防止了泡沫铝芯体被腐蚀而缩短结构寿命。最后，现有工字梁支撑的基础上，增加了垂直梁支撑，增强了挡板边缘部位的抗鸟撞性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例的整体结构示意图；
图2为本申请实施例的挡板纵剖面示意图；
图3为本申请实施例的支撑梁结构示意图；
图4为本申请实施例虚化飞机端框后的支撑梁结构示意图。
附图标记表示为：
1-挡板；11-上面板；12-下面板；13-夹层；131-第一夹层；132-第二夹层；
133-第三夹层；14-包边；
2-支撑梁；21-工字梁；22-垂直梁；
3-飞机端框；31-端框主梁。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面，提出了一种挡板组件，包括挡板1。
如图2所示，在一个实施例中，所述挡板1包括上面板11、下面板12及夹层13。所述夹层13位于所述上面板11及所述下面板12之间，且沿从所述上面板11到所述下面板12的方向密度递减。
进一步的，所述夹层13有至少三层，且沿从所述上面板11到所述下面板12的方向分别为第一夹层131、第二夹层132及第三夹层133；所述夹层13的材质为泡沫铝；所述第一夹层131的泡沫铝密度为297kg/m3-405kg/m3；所述第二夹层132的泡沫铝密度为256.5kg/m3-283.5kg/m3；所述第三夹层133的泡沫铝密度为135kg/m3-243kg/m3。
泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而制成的。同时兼有金属和气泡特征，具有密度小、吸收能力强、耐高温、抗腐蚀、消声性能好、导热率低等优点，很早就作为夹合件的芯材广泛应用于飞机上。在均静态压缩条件下，均质泡沫材料变形分为三个阶段：弹性、塑性平台及致密化，在平台段可以吸收大量的能量，这也是其可以作为吸能材料的关键因素。梯度泡沫铝即是指在某个方向上，密度递增或递减。通过调节密度梯度，梯度泡沫铝可实现对变形量和变形应力的控制。在冲击和爆炸载荷作用下，梯度多孔结构有利于提高防撞性，即稳定的传输应力和高的能量吸收。目前研究表明，相同相对密度的两者，梯度泡沫的抗冲击能力要优于均质泡沫。
现有技术中都采用均质泡沫铝作为挡板夹层的芯体，而在本实施例中，采用了梯度泡沫铝作为挡板夹层的芯体，不仅提高了挡板抗撞的性能，同时由于密度递减，从而减轻了结构的重量、降低了制造成本。
通过实验，本实施例得到了所述夹层13的泡沫铝的密度范围从上到下分别为297kg/m3-405kg/m3、256.5kg/m3-283.5kg/m3、135kg/m3-243kg/m3，实验确认此密度的泡沫铝能有较强的抗冲击能力。
此外，优选的，在具体实施例中，通过实验得到了夹层泡沫铝的最佳密度，分别为所述第一夹层131的泡沫铝密度为324kg/m3；所述第二夹层132的泡沫铝密度为270kg/m3；所述第三夹层133的泡沫铝密度为216kg/m3。
优选的，在一个实施例中，所述上面板11的材质为2024-T3铝合金；所述下面板12的材质为7075-T6铝合金；所述上面板11的厚度为至少1.9mm；所述下面板12的厚度为至少0.4mm；所述第一夹层131、所述第二夹层132及所述第三夹层133的厚度均为3-7mm。
2024-T3铝合金热处理后具有优良的综合性能和高温抗蠕变性能，高温软化倾向小，可在较高温度下长期使用，主要用于常承受121-150℃高温的商用和军用飞机的蒙皮和发动机舱，以及对强度要求高的其他飞机结构件。7075-T6铝合金是在航空工业上得到广泛应用的超高强度变形铝合金，主要特点是固溶处理后塑性好，热处理强化效果特别好，在150℃以下有高的强度。
在具体实施例中，经过实验，确认了所述上面板11、所述下面板12及所述夹层13的厚度范围，并得到了其厚度的最佳值，所述上面板11的最佳厚度为2mm，所述下面板12的最佳厚度为0.5mm，所述第一夹层131、所述第二从132及所述第三夹层133的最佳厚度均为5mm。
进一步的，在一个实施例中，在所述挡板1上还设置有包边14。
如图1和图2所示，所述包边14设置在所述挡板1全方位的侧边缘上，形成封闭环状；所述包边14的两侧分别连接所述上面板11及所述下面板12，使所述上面板11及所述下面板12之间形成密闭空间。
泡沫铝材料的多孔特性使其非常容易保存水分，如果让其裸露在空气中，便会因为长期处于水分充足的状态而被腐蚀，从而缩短了所述挡板1整体的使用寿命。本实施例在所述挡板1全方位的侧边缘上设置了所述包边14，使得所述上面板11及所述下面板12之间形成密闭空间，完全隔绝了外部空气，从而保证了位于其中的泡沫铝材料的干燥，延长了所述挡板1的使用寿命。同时，所述包边14的设置相当于增加了所述挡板1边缘的厚度，也可以在一定程度上增强所述挡板1边缘的抗鸟撞能力。
优选的，在一个实施例中，所述包边14的材质为2024-T3铝合金；所述包边14的厚度为0.5-2.5mm。
在具体实施例中，经过实验，确认了所述包边的厚度范围，并得到了其厚度的最佳值，所述包边14的最佳厚度为1mm。
进一步的，在一个实施例中，所述挡板组件还包括支撑梁2。
如图1、图3及图4所示，所述支撑梁2的一面用于连接飞机端框3，另一面用于设置所述挡板1。
所述飞机端框3是位于飞机机身最前端的框体结构，设置所述挡板1的目的就是为了保护所述飞机端框3。在有飞鸟正面撞上飞机机身时，所述挡板1能最大程度地缓冲其冲撞力，从而保护所述飞机端框3不被飞鸟的撞击力破坏。所述支撑梁2不仅能连接所述挡板1和所述飞机端框3，还能在一定程度上进一步缓冲冲撞力。
优选的，在具体实施例中，所述支撑梁2包括工字梁21；所述工字梁21通过连接件连接在所述飞机端框3的外表面，且所述连接件穿透所述飞机端框3的表面连接在设置于所述飞机端框3内表面的端框主梁31上；所述工字梁21垂直于所述端框主梁31；所述工字梁21有多个。
在所述飞机端框3的内部设置有所述端框主梁31，所述端框主梁31用于支撑所述飞机端框3且增强所述飞机端框3的强度。所述端框主梁31有多个，且多个所述端框主梁31均平行设置在所述飞机端框3的内表面上。因为所述端框主梁31在整个所述飞机端框3的结构中是强度最大的组件，所以将所述工字梁21通过所述连接件连接在所述端框主梁31上，能保证整个挡板组件的稳定性。
进一步的，在一个实施例中，所述支撑梁2还包括垂直梁22；所述垂直梁22设置在所述挡板1边缘位置的底部，位于两个相邻的所述工字梁21之间，且垂直于所述工字梁21；所述垂直梁22的两端分别连接两个相邻的所述工字梁21；所述垂直梁22有多个。
在现有技术中，挡板边缘部位遭遇飞鸟撞击时，由于没有额外的支撑，挡板边缘容易变形而造成鸟体发生滑移，从而绕过挡板击穿挡板后面的飞机端框结构。在本申请实施例中，在所述挡板1的边缘位置的底部增加了多个垂直于所述工字梁21的垂直梁22，从而加强了所述挡板1边缘部位的稳固性，在遭遇飞鸟撞击时，鸟体能够被所述挡板1完全正向阻挡，而不会发生滑移现象。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种飞机机头抗撞击结构，包括飞机端框3及如上述任一技术方案所述的挡板组件。因此，该飞机机头抗撞击结构具备上述技术方案的挡板组件的全部有益效果，在此不做赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种挡板组件，其特征在于，包括挡板(1)；
所述挡板(1)包括上面板(11)、下面板(12)及夹层(13)；
所述夹层(13)位于所述上面板(11)及所述下面板(12)之间，且沿从所述上面板(11)到所述下面板(12)的方向密度递减。
2.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，所述夹层(13)有至少三层，且沿从所述上面板(11)到所述下面板(12)的方向分别为第一夹层(131)、第二夹层(132)及第三夹层(133)；
所述夹层(13)的材质为泡沫铝；
所述第一夹层(131)的泡沫铝密度为297kg/m3-405kg/m3；
所述第二夹层(132)的泡沫铝密度为256.5kg/m3-283.5kg/m3；
所述第三夹层(133)的泡沫铝密度为135kg/m3-243kg/m3。
3.根据权利要求2所述的挡板组件，其特征在于，
所述第一夹层(131)的泡沫铝密度为324kg/m3；
所述第二夹层(132)的泡沫铝密度为270kg/m3；
所述第三夹层(133)的泡沫铝密度为216kg/m3。
4.根据权利要求2所述的挡板组件，其特征在于，
所述上面板(11)的材质为2024-T3铝合金；
所述下面板(12)的材质为7075-T6铝合金；
所述上面板(11)的厚度为至少1.9mm；
所述下面板(12)的厚度为至少0.4mm；
所述第一夹层(131)、所述第二夹层(132)及所述第三夹层(133)的厚度均为3-7mm。
5.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，在所述挡板(1)上还设置有包边(14)；
所述包边(14)设置在所述挡板(1)全方位的侧边缘上，形成封闭环状；
所述包边(14)的两侧分别连接所述上面板(11)及所述下面板(12)，使所述上面板(11)及所述下面板(12)之间形成密闭空间。
6.根据权利要求5所述的挡板组件，其特征在于，
所述包边(14)的材质为2024-T3铝合金；
所述包边(14)的厚度为0.5-2.5mm。
7.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，还包括支撑梁(2)；
所述支撑梁(2)的一面用于连接飞机端框(3)，另一面用于设置所述挡板(1)。
8.根据权利要求7所述的挡板组件，其特征在于，所述支撑梁(2)包括工字梁(21)；
所述工字梁(21)通过连接件连接在所述飞机端框(3)的外表面，且所述连接件穿透所述飞机端框(3)的表面连接在设置于所述飞机端框(3)内表面的端框主梁(31)上；
所述工字梁(21)垂直于所述端框主梁(31)；
所述工字梁(21)有多个。
9.根据权利要求8所述的挡板组件，其特征在于，所述支撑梁(2)还包括垂直梁(22)；
所述垂直梁(22)设置在所述挡板(1)边缘位置的底部，位于两个相邻的所述工字梁(21)之间，且垂直于所述工字梁(21)；
所述垂直梁(22)的两端分别连接两个相邻的所述工字梁(21)；
所述垂直梁(22)有多个。
10.一种飞机机头抗撞击结构，其特征在于，包括飞机端框(3)及如权利要求1至9任一项所述的挡板组件。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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