CN220263054U - 一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，包括机翼骨架及机翼骨架外侧的机翼外蒙皮结构；所述机翼骨架包括纵向构件单元和横向构件单元，纵向构件单元包括采用复合材料制作的前梁、中梁和后梁，其中，前梁与中梁之间、以及中梁与后梁之间均呈锐角布置，横向构件单元包括若干翼肋；前梁、中梁和后梁上均设有与机身连接的翼梁连接头。本发明创造提供的机翼结构重量轻，强度高，整体性好，减少了连接件数量，且加工制造工艺简单、成本更低，本机翼结构中三根翼梁同时承载，并且在翼梁接头处采用加强设计，有效提高了机翼承载能力，克服了机翼与机身连接处受载容易应力集中而损坏的缺陷。
Description
技术领域
本发明创造属于航空航天技术领域，尤其是涉及一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构。
背景技术
机翼的主要功用是产生升力，以平衡飞机的重力，具有不同的平面形状，大致可分为直机翼、后掠翼、三角机翼和小展弦比直机翼四种。常用机翼结构为单梁式机翼、双梁式直机翼和多梁式机翼。单梁式承载能力有限，已很少采用，一般只用在低速或小型飞机上，而速度较高的飞机主要采用带两、三根梁的单块式翼盒结构或多梁厚蒙皮式结构，由于机翼只能在机身的侧边，单块翼盒结构需要与机身内加强框结构连成整体，所以需要机翼与机身连接位置的机身内布置多个加强框，才能保证结构强度，这样的结构形式降低了机身内的有效容积，现有技术中常见的机翼梁大多采用金属材料加工，机翼、机身对接接头、机翼梁等等结构件较多，加工难度大，制造成本高。且随着飞机飞行速度的增大和翼载荷的提高，金属材质的机翼增加了飞机重量，对飞机性能不利。因此有必要进行针对性优化改进。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，包括机翼骨架及机翼骨架外侧的机翼外蒙皮结构；所述机翼骨架包括纵向构件单元和横向构件单元，纵向构件单元包括采用复合材料制作的前梁、中梁和后梁，其中，前梁与中梁之间、以及中梁与后梁之间均呈锐角布置，横向构件单元包括在前梁与中梁之间、在中梁与后梁之间、以及在前梁朝向机身前方的一侧布置的若干翼肋；前梁、中梁和后梁上均设有与机身连接的翼梁连接头，且翼梁连接头均外伸出外蒙皮结构的大开口端；所述前梁与中梁间设有金属加强肋；所述前梁、中梁、后梁、翼肋以及金属加强肋的侧面，均与机翼外蒙皮结构内表面贴合。
进一步，所述翼梁连接头采用铝合金材料制作。
进一步，所述翼梁连接头上设有接头端耳片，耳片上设有数个连接孔，连接孔轴向垂直于纵向构件单元所在平面。
进一步，至少有一根金属加强肋布置于靠近翼梁接头的位置。
进一步，所述前梁、中梁和后梁的横截面均呈口字型。
进一步，所述翼梁连接头包括口字型的连接部，前梁、中梁及后梁均与相应的翼梁连接头插接，并通过胶粘固定。
进一步，前梁、中梁、后梁及翼肋，与机翼外蒙皮结构间用胶粘接并利用抽芯铆钉固定。
进一步，所述前梁、中梁、后梁及翼肋，均采用预浸料制作。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
本发明创造提供的机翼结构重量轻，强度高，整体性好，减少了连接件数量，且加工制造工艺简单、成本更低，本机翼结构中三根翼梁同时承载，并且在翼梁接头处采用加强设计，有效提高了机翼承载能力，克服了机翼与机身连接处受载容易应力集中而损坏的缺陷。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造的结构示意图；
图2为本发明创造中机翼骨架的示意图；
图3为本发明创造分解状态下的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，如图1至3所示，包括机翼骨架1及机翼骨架外侧的机翼外蒙皮结构2；机翼骨架包括纵向构件单元3和横向构件单元4，机翼蒙皮的直接功用是形成流线形的翼面外形。气动载荷直接作用在蒙皮上，蒙皮受到垂直于其表面的气动载荷的作用，并把它传递到翼面纵向和横向构件单元。机翼外蒙皮结构蒙皮根据受载的程度不同，采用不同的厚度，翼尖的位置最薄，翼根的位置最厚，蒙皮的外表面光滑。在一个可选的实施例中，在机翼骨架前侧设有前缘条14、后侧设有后缘条15，机翼外蒙皮结构内壁与前缘条、后缘条、机翼骨架表面贴合。
纵向构件单元包括采用复合材料制作的三根翼梁，具体包括前梁5、中梁6和后梁7，其中，前梁与中梁之间、及中梁与后梁之间均呈锐角布置，横向构件单元包括在前梁与中梁之间、在中梁与后梁之间、以及在前梁朝向机身前方的一侧布置的若干翼肋8。前梁、中梁、后梁处于远离机身的一端同时固定于一机翼对接肋16。前梁、中梁、后梁及翼肋，均采用预浸料制作。作为举例，前梁、中梁、后梁及翼肋，与机翼外蒙皮结构间用胶粘接并利用抽芯铆钉固定。
前梁、中梁和后梁上均设有与机身连接的翼梁连接头9，且翼梁连接头均外伸出外蒙皮结构的大开口端；所述前梁与中梁间设有金属加强肋10。金属加强肋可设置多根，其中至少有一根金属加强肋布置于靠近翼梁接头的位置。所述前梁、中梁、后梁、翼肋以及金属加强肋的侧面，均与机翼外蒙皮结构内表面贴合。
上述翼梁连接头采用铝合金材料制作。上述翼梁连接头上设有接头端耳片11，耳片上设有数个连接孔，连接孔轴向垂直于纵向构件单元所在平面，并在连接孔内穿设有连接件12。连接件与纵向构件单元垂直，蒙皮受到气动力时，蒙皮发生挠曲，各翼梁和各翼肋对蒙皮提供支反力，使蒙皮处于平衡状态。作用在翼梁上的分布载荷的一部分载荷由翼肋提供支反力来平衡，一部分由连接接头提供支反力平衡。连接接头采用耳片设计，耳片垂直(螺栓水平)布置，垂直剪力和垂直弯矩靠螺栓受剪传递，水平剪力靠耳片挤压传递，水平弯矩也靠螺栓剪切传递。机翼所受气动力均需连接接头传递到机身，因此翼梁连接头壁厚大于各翼梁的壁厚，采用这样的加强设计可有效提高机翼与机身连接处承载能力，避免应力集中造成的损坏。
上述前梁、中梁和后梁的横截面均呈口字型。上述翼梁连接头包括口字型的连接部13，前梁、中梁及后梁均与相应的翼梁连接头插接，并通过胶粘固定。当然，在另一个可选的实施例中，前梁、中梁及后梁均与相应的翼梁连接头间也可以是通过固定件(如螺钉)固定。
本发明创造提供的机翼采用三梁结构，并且每一翼梁成口形截面，使得各翼梁形成多墙形式，此结构优势为能提供较高形心位置和较大的扭转刚度，能承担较大的机翼有效载荷所带来的弯矩和扭矩。并且，因为翼梁为口形截面，蒙皮与翼梁的上下表面连接，这样相对于其它截面形状的翼梁来说，减少了紧固件数量，减少了蒙皮及机翼梁上的开孔，减轻了蒙皮因开孔导致的应力削弱和损坏，提高了机翼表面的表面质量，机翼性能更佳。
本发明创造提供的机翼结构重量轻，强度高，整体性好，减少了连接件数量，且加工制造工艺简单、成本更低，本机翼结构中三根翼梁同时承载，并且在翼梁接头处采用加强设计，有效提高了机翼承载能力，克服了机翼与机身连接处受载容易应力集中而损坏的缺陷。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：包括机翼骨架及机翼骨架外侧的机翼外蒙皮结构；所述机翼骨架包括纵向构件单元和横向构件单元，纵向构件单元包括采用复合材料制作的前梁、中梁和后梁，横向构件单元包括在前梁与中梁之间、在中梁与后梁之间、以及在前梁朝向机身前方的一侧布置的若干翼肋；在所述前梁、中梁以及后梁上，均设有用于与机身连接的翼梁连接头，所述前梁与中梁间设有金属加强肋；所述前梁、中梁、后梁、翼肋以及金属加强肋的侧面，均与机翼外蒙皮结构内表面贴合。
2.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：所述翼梁连接头采用铝合金材料制作。
3.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：所述翼梁连接头上设有接头端耳片，耳片上设有数个连接孔，连接孔轴向垂直于纵向构件单元所在平面。
4.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：至少有一根金属加强肋布置于靠近翼梁接头的位置。
5.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：所述前梁、中梁和后梁的横截面均呈口字型。
6.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：所述翼梁连接头包括口字型的连接部，前梁、中梁及后梁均与相应的翼梁连接头插接，并通过胶粘固定。
7.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：前梁、中梁、后梁及翼肋，与机翼外蒙皮结构间用胶粘接并利用抽芯铆钉固定。
8.根据权利要求1所述的一种大展弦比薄翼复合材料机翼结构，其特征在于：所述前梁、中梁、后梁及翼肋，均采用预浸料制作。
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