CN220332927U - 一种抗坠撞机身结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种抗坠撞机身结构，客舱上部和下部机身结构相对设置形成机身框段结构，客舱地板设置于客舱上部与下部机身结构之间；客舱地板与客舱下部机身结构之间形成的客舱下部空间中，沿机身对称面对称设置有多组客舱地板立柱，每组客舱地板立柱包括位于机身对称面一侧的第一客舱地板立柱和位于机身对称面另一侧的第二客舱地板立柱；抗坠撞吸能结构设置为多层吸能结构，位于客舱地板、客舱下部机身结构与第一和第二客舱地板立柱形成的机体空间中。本实用新型实施例提供的技术方案解决了现有窄体客机发生坠撞后由于初始接触刚度较高而产生较大的初始峰值载荷，从而导致坠撞带来的机身结构受损严重和乘员的安全性问题。

Description

一种抗坠撞机身结构

技术领域

本实用新型涉及但不限于航空结构抗冲击设计技术领域，涉及一种飞机机身框段抗坠撞吸能结构。

背景技术

适坠性是民用飞机安全性评估的重要内容。飞机在应急坠撞环境下，主要通过机身客舱下部结构的冲击变形和破坏吸能，缓冲传递到客舱的冲击载荷，从而保护乘员安全。

传统民用飞机的机身结构主要包括客舱地板上部和客舱地板下部两大部分。一般来说，对于宽体客机或单通道大型客机而言，客舱地板下部是货舱区域，可设计性较弱；对于窄体客机而言，其机身结构较小，客舱地板下部一般是两立柱支撑的结构形式，会布置燃油管路、线缆、操纵机构等，可适当布置先进的吸能结构/吸能材料，提高飞机的抗坠撞性能。

对于窄体客机地面冲击而言，当坠撞发生时，飞机机身腹部直接受到冲击载荷，由于初始接触刚度较高，会产生较大的初始峰值载荷，后续的冲击载荷变化受机身结构形式影响较大。

因此，需要通过合理的客舱下部结构吸能缓冲设计，降低载荷峰值，延长载荷作用时间，同时保证机身结构完整性。

实用新型内容

本实用新型的目的：为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种抗坠撞机身结构，以解决现有窄体客机发生坠撞后由于初始接触刚度较高而产生较大的初始峰值载荷，从而导致坠撞带来的机身结构受损严重和乘员的安全性问题。

本实用新型的技术方案：本实用新型实施例提供一种抗坠撞机身结构，包括：客舱上部机身结构1、客舱地板2、客舱下部机身结构4、第一客舱地板立柱6、第二客舱地板立柱7，以及抗坠撞吸能结构8；

其中，所述客舱上部机身结构1和客舱下部机身结构4相对设置形成机身框段结构，客舱地板2设置于客舱上部机身结构1与客舱下部机身结构4之间；

所述客舱地板2与客舱下部机身结构4之间形成的客舱下部空间中，机身各框段上沿机身对称面对称设置有多组客舱地板立柱，位于同一框段上的一组客舱地板立柱包括位于机身对称面一侧的第一客舱地板立柱6和位于机身对称面另一侧的第二客舱地板立柱7；

所述抗坠撞吸能结构8设置为多层吸能结构，位于客舱地板2、客舱下部机身结构4与第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7形成的机体空间中。

可选地，如上所述的抗坠撞机身结构中，

所述抗坠撞吸能结构8与客舱下部机身结构4预留有设备安装区9，用于安装飞机燃油管路、线缆、操纵机构。

可选地，如上所述的抗坠撞机身结构中，

位于机身同一框段上的一组第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7之间的距离设置为客舱地板2在本框段截面的2/3长度到3/4长度。

可选地，如上所述的抗坠撞机身结构中，

所述抗坠撞吸能结构8的上表面与客舱地板2梁下缘条通过螺栓固定连接，下表面与客舱下部机身结构4的连接区域通过金属角片固定连接。

可选地，如上所述的抗坠撞机身结构中，

所述抗坠撞吸能结构8与各第一客舱地板立柱6和各第二客舱地板立柱7之间分别预留有大于或等于50mm的间隙。

可选地，如上所述的抗坠撞机身结构中，

所述抗坠撞吸能结构8的各层吸能结构，包括：点阵结构和泡沫加芯结构；其中，点阵结构包括：波纹型结构、桁架型结构和蜂窝结构。

本实用新型的有益效果：本实用新型实施例提供一种抗坠撞机身结构，该抗坠撞机身结构的主要结构设计包括第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7的位置布局，以及抗坠撞吸能结构8的结合抗坠撞。本实用新型实施例基于抗坠撞吸能结构8具有多层吸能的结构特点和可控吸能的设计原理，结合窄体单通道飞机的客舱下部布局特点，设计出飞机机身框段抗坠撞吸能结构；采用本实用新型实施例提供的框段抗坠撞吸能结构，在窄体客机发生坠撞后，能够降低坠撞载荷，保证机身结构完整性，提高应急坠撞环境下乘员的安全性。本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构能够在不降低客舱地板支撑强度和支撑刚度、且确保必要设备充足安装空间的前提下，降低坠撞载荷峰值，延长载荷作用时间，提高乘员的坠撞安全性。另外，本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构，可以满足飞机机身框段结构的抗坠撞设计需求，具有广阔的应用前景。

进一步地，本实用新型实施例中采用波纹型、桁架型等类型的点阵结构进行飞机结构抗坠撞吸能结构的设计，除了抗坠撞性能好以外，还具备较好的减振降噪以及防火性能。而且点阵结构具有重量轻、占据空间少、加工工艺简单等优点，可以实现模块化加工和灵活安装。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为一种现有窄体客机的机身框段的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种抗坠撞机身结构中抗坠撞机身结构中机身框段的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

上述背景技术中已经说明，窄体客机发生坠撞后，飞机机身腹部直接受到冲击载荷，由于初始接触刚度较高，会产生较大的初始峰值载荷，后续的冲击载荷变化受机身结构形式影响较大。因此，对于窄体客机来说，如何设计客舱地板下部的结构，对其坠撞后的机身结构的完整性和乘员的安全性具有非常重大的意义。

如图1所示，为一种现有窄体客机的机身框段的剖面结构示意图。图1所示现有窄体客机中未设置有专门设计的抗坠撞吸能结构，其机身结构包括：客舱上部机身结构1和客舱下部机身结构4，位于客舱上部机身结构1与客舱下部机身结构4之间的客舱地板2，以及位于客舱地板2与客舱下部机身结构4之间的客舱地板立柱一3和客舱地板立柱二5。

在对本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构的具体结构形式进行说明之前，首先对窄体客机坠撞后的变形/破坏过程进行说明，通常可分为以下三个阶段：

第一阶段是机身下部结构触地产生第一个峰值载荷，然后机身框和蒙皮逐渐变形破坏，形成塑性铰；第二阶段是客舱地板立柱(如图1中的立柱一3和立柱二5)触地产生第二个峰值载荷，然后立柱出现塑性变形或立柱与机身或客舱地板连接处破坏，立柱与机身框之间的三角区出现塑性铰，破坏变形范围进一步扩大；第三阶段是机身结构进一步破坏至客舱地板发生变形。

一般来说，要求将坠撞过程中机身结构的变形/破坏限制在前两个阶段，不允许飞机客舱出现明显的变形和破坏，并且要求限制坠撞载荷不超过乘员耐受极限，确保乘员足够的生存空间和载荷环境。

图1所示现有窄体客机在发生坠撞后，在客舱下部机身结构4变形后，由于仅通过客舱地板立柱一3和客舱地板立柱二5承受坠撞载荷，难以保证客舱不会出现变形和破坏情况。因此，目前亟需提供一种具有抗坠撞能力的窄体客机结构。

针对窄体客机的抗坠撞需求，本实用新型实施例提供一种抗坠撞机身结构，该抗坠撞机身结构在机身框段中设计有抗坠撞吸能结构，通过在机身结构中设计抗坠撞吸能结构，能够降低坠撞载荷，保证机身结构完整性，提高应急坠撞环境下乘员的安全性。

本实用新型提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2为本实用新型实施例提供的一种抗坠撞机身结构中抗坠撞机身结构中机身框段的剖面结构示意图。本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构，包括如下主要组成部分：客舱上部机身结构1、客舱地板2、客舱下部机身结构4、第一客舱地板立柱6、第二客舱地板立柱7，以及抗坠撞吸能结构8。

如图2所示抗坠撞机身结构中，客舱上部机身结构1和客舱下部机身结构4相对设置形成机身框段结构，客舱地板2设置于客舱上部机身结构1与客舱下部机身结构4之间。

图2所示机身结构中，客舱地板2与客舱下部机身结构4之间形成的客舱下部空间中，机身各框段上沿机身对称面对称设置有多组客舱地板立柱，位于同一框段上的一组客舱地板立柱包括位于机身对称面一侧的第一客舱地板立柱6和位于机身对称面另一侧的第二客舱地板立柱7。

本实用新型实施例中的抗坠撞吸能结构8设置为多层吸能结构，位于客舱地板2、客舱下部机身结构4与第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7形成的机体空间中。

本实用新型实施例针对窄体客机的抗坠撞需求，在机身框段结构的各第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7之间，填充有抗坠撞吸能结构8。该抗坠撞吸能结构8采用多层吸能结构的设计，具有优良的抗冲击吸能特性，在受到面外冲击时，可通过多层吸能结构的压溃变形，产生稳定的冲击响应。另外，这种结构具有重量轻、占据空间少、加工工艺简单等优点，可实现模块化加工和灵活安装。

需要说明的是，本实用新型实施例中形成一组客舱地板立柱的两根立柱，即第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7设置于机身同一框段的两侧，且这两根立柱之间的距离设置为客舱地板2在本框段截面的2/3长度到3/4长度。另外，通过图2可以看出，各组客舱地板立柱中的第一客舱地板立柱6与机身对称面的距离相等，且所有第一客舱地板立柱6位于与机身对称面平行的平面内，各组客舱地板立柱中的第二客舱地板立柱7与机身对称面的距离相等，且所有第二客舱地板立柱7同样位于与机身对称面平行的平面内。

本实用新型实施例的主要思路是在不降低客舱地板支撑强度和支撑刚度、且确保必要设备足够安装空间的前提下，调整飞机客舱下部立柱的布局位置，增大机身两侧立柱间的空间，从而达到延长第一阶段的坠撞变形历程的效果；通过在机身两侧立柱间加入多次吸能结构的抗坠撞吸能结构8，降低坠撞载荷峰值，延长载荷作用时间，提高乘员的坠撞安全性。

对比图1所示现有窄体客机和本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构，图1所示现有窄体客机中，客舱地板2下部采用的客舱地板立柱一3和客舱地板立柱二5的支撑形式，存在较大的富余设计空间。本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构，通过将现有窄体客机中的两侧立柱分别向机体两侧移动，分别布置在第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7的位置；随后在第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7之间填充抗坠撞吸能结构8，另外，在抗坠撞吸能结构8与客舱下部机身结构4预留有设备安装区9，用于飞机燃油管路、线缆、操纵机构等必要设备的安装。

本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构中，抗坠撞吸能结构8的上表面与客舱地板2梁下缘条通过螺栓固定连接，下表面与客舱下部机身结构4的连接区域通过金属角片固定连接；另外，抗坠撞吸能结构8与第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7之间分别预留有大于或等于50mm的间隙。正常承载情况下，第一客舱地板立柱6、第二客舱地板立柱7和抗坠撞吸能结构8共同承担客舱地板2的载荷，提供足够的支撑强度和刚度。

本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构在坠撞过程中，客舱下部机身结构4和设备安装区9先发生变形；然后变形后的机身结构冲击抗坠撞吸能结构8，产生一个较平稳的载荷波形；最后第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7触地发生塑性变形或断裂，抗坠撞吸能结构8、第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7共同承受冲击载荷，实现稳定的压溃变形。

本实用新型实施例中，设计的主要结构是通过抗坠撞吸能结构8和第一客舱地板立柱6与第二客舱地板立柱7的联合优化设计，实现坠撞过程的有序破坏和坠撞载荷波形控制。其中抗坠撞吸能结构8的多层吸能结构可以包括：点阵结构和泡沫加芯结构；其中，点阵结构的具体形式不局限于波纹型、桁架型，蜂窝等，可按需进行变刚度和变强度设计。另外，抗坠撞吸能结构8的多层吸能结构，可以是上述一种点阵结构(例如波纹型点阵结构)的重叠布置，也可以是多种点阵结构和泡沫加芯结构的组合布置。

本实用新型实施例提供一种抗坠撞机身结构，该抗坠撞机身结构的主要结构设计包括第一客舱地板立柱6和第二客舱地板立柱7的位置布局，以及抗坠撞吸能结构8的结合抗坠撞。本实用新型实施例基于抗坠撞吸能结构8具有多层吸能的结构特点和可控吸能的设计原理，结合窄体单通道飞机的客舱下部布局特点，设计出飞机机身框段抗坠撞吸能结构；采用本实用新型实施例提供的框段抗坠撞吸能结构，在窄体客机发生坠撞后，能够降低坠撞载荷，保证机身结构完整性，提高应急坠撞环境下乘员的安全性。本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构能够在不降低客舱地板支撑强度和支撑刚度、且确保必要设备充足安装空间的前提下，降低坠撞载荷峰值，延长载荷作用时间，提高乘员的坠撞安全性。另外，本实用新型实施例提供的抗坠撞机身结构，可以满足飞机机身框段结构的抗坠撞设计需求，具有广阔的应用前景。

进一步地，本实用新型实施例中采用波纹型、桁架型等类型的点阵结构进行飞机结构抗坠撞吸能结构的设计，除了抗坠撞性能好以外，还具备较好的减振降噪以及防火性能。而且点阵结构具有重量轻、占据空间少、加工工艺简单等优点，可以实现模块化加工和灵活安装。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种抗坠撞机身结构，其特征在于，包括：客舱上部机身结构(1)、客舱地板(2)、客舱下部机身结构(4)、第一客舱地板立柱(6)、第二客舱地板立柱(7)，以及抗坠撞吸能结构(8)；

其中，所述客舱上部机身结构(1)和客舱下部机身结构(4)相对设置形成机身框段结构，客舱地板(2)设置于客舱上部机身结构(1)与客舱下部机身结构(4)之间；

所述客舱地板(2)与客舱下部机身结构(4)之间形成的客舱下部空间中，机身各框段上沿机身对称面对称设置有多组客舱地板立柱，位于同一框段上的一组客舱地板立柱包括位于机身对称面一侧的第一客舱地板立柱(6)和位于机身对称面另一侧的第二客舱地板立柱(7)；

所述抗坠撞吸能结构(8)设置为多层吸能结构，位于客舱地板(2)、客舱下部机身结构(4)与第一客舱地板立柱(6)和第二客舱地板立柱(7)形成的机体空间中。

2.根据权利要求1所述的抗坠撞机身结构，其特征在于，

所述抗坠撞吸能结构(8)与客舱下部机身结构(4)预留有设备安装区(9)，用于安装飞机燃油管路、线缆、操纵机构。

3.根据权利要求1所述的抗坠撞机身结构，其特征在于，

位于机身同一框段上的一组第一客舱地板立柱(6)和第二客舱地板立柱(7)之间的距离设置为客舱地板(2)在本框段截面的2/3长度到3/4长度。

4.根据权利要求1所述的抗坠撞机身结构，其特征在于，

所述抗坠撞吸能结构(8)的上表面与客舱地板(2)梁下缘条通过螺栓固定连接，下表面与客舱下部机身结构(4)的连接区域通过金属角片固定连接。

5.根据权利要求1所述的抗坠撞机身结构，其特征在于，

所述抗坠撞吸能结构(8)与各第一客舱地板立柱(6)和各第二客舱地板立柱(7)之间分别预留有大于或等于50mm的间隙。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的抗坠撞机身结构，其特征在于，

所述抗坠撞吸能结构(8)的各层吸能结构，包括：点阵结构和泡沫加芯结构；其中，点阵结构包括：波纹型结构、桁架型结构和蜂窝结构。