某型飛機(jī)后增壓框結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與分析

摘要：針對某型公務(wù)機(jī)后增壓框結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對比分析了兩種增壓框結(jié)構(gòu)方案，通過綜合考慮設(shè)計、制造、使用維護(hù)等多個方面的因素，確定出了一個更佳的方案，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；增壓框；方案設(shè)計

緒論

現(xiàn)代民用飛機(jī)設(shè)計中，為了給旅客和機(jī)組人員提供舒適而安全的飛行環(huán)境，必須對客艙進(jìn)行增壓。座艙增壓需要機(jī)身形成密閉的環(huán)境， 民用飛機(jī)機(jī)身近似圓形截面，其兩端的密封是結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)關(guān)注的地方。機(jī)身前壓力端框一般采用平板式增壓框，后壓力端框通常采用球面框或平板框進(jìn)行密封。某型公務(wù)機(jī)機(jī)身為密框少長桁的半硬殼式結(jié)構(gòu)。在后壓力端框方案設(shè)計中，綜合考慮操縱系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，同時為獲得一種結(jié)構(gòu)效率較高的后壓力端框方案，設(shè)計了平板框結(jié)構(gòu)和球面框結(jié)構(gòu)兩種方案，綜合對比設(shè)計、制造和其它專業(yè)協(xié)調(diào)的影響，獲得了一個較優(yōu)的后壓力端框結(jié)構(gòu)方案。

1.設(shè)計要求

增壓框是機(jī)身的前后端框，將機(jī)身氣密區(qū)與非氣密區(qū)分開，其結(jié)構(gòu)不僅需要滿足強(qiáng)度要求，還有滿足密封要求。根據(jù)中國民用航空規(guī)章CCAR23.365 條規(guī)定，飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須能承受氣密載荷（ΔP）的1.33 倍，再加上1.5倍的安全系數(shù)，因此氣密端框要承受2ΔP的靜載荷，同時增壓框各系統(tǒng)通過孔，連接區(qū)都要采用密封措施。

2.方案對比

為提高結(jié)構(gòu)效率，獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案，某型公務(wù)機(jī)后增壓框在初步設(shè)計階段共設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)方案分別為：半球面框結(jié)構(gòu)和平板框結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

半球面框結(jié)構(gòu)主要由環(huán)框和球皮組成，平板框主要由平腹板、橫向加強(qiáng)件、縱向加強(qiáng)件、框緣及連接件組成。大曲率的半球形殼體通過薄膜應(yīng)力來承擔(dān)壓力載荷，結(jié)構(gòu)較輕便。而平板框需要有縱、橫向件來承受壓力載荷，因此結(jié)構(gòu)相對較笨重，單獨(dú)從結(jié)構(gòu)的角度來看，半球形殼體是一種理想的機(jī)身尾部封閉隔框。但某型公務(wù)機(jī)后機(jī)身外形收縮較快，當(dāng)采用球面框結(jié)構(gòu)時，不利于系統(tǒng)設(shè)備的布置，且系統(tǒng)通過孔加強(qiáng)較困難，同時由于空間較狹窄造成裝配和使用維護(hù)困難。此時采用平板框具有一定的優(yōu)勢，首先，平板框前后空間較寬敞有利于系統(tǒng)設(shè)備的布置，且易于維護(hù)；其次，平板框上開各系統(tǒng)通過孔更容易加強(qiáng)；最后，平板框結(jié)構(gòu)簡單更利于加工，制造成本更低。因此，綜合考慮裝配、制造和維護(hù)要求，雖然球面框有重量上的優(yōu)勢，但仍然決定采用平板框結(jié)構(gòu)方案。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計

某型公務(wù)機(jī)后機(jī)身平板框結(jié)構(gòu)由平腹板、框緣條和角材組成，同時蒙皮在增壓框前后分塊，在框緣上還布置了蒙皮對接帶板，典型剖面見圖2。由于平腹板不能承受面外載荷，因此平板框通常布置有縱向和橫向的加強(qiáng)筋來承受氣密壓力。考慮機(jī)身上下四根縱梁在增壓框前后斷開，將加強(qiáng)筋垂直布置，更有利于縱向載荷的傳遞，因此在平腹板背面布置7根縱向帽型加強(qiáng)筋用于承受增壓載荷。

其中47框?yàn)門型機(jī)加框，共分成三段，通過L型角材連接。平腹板基礎(chǔ)厚度為2.5mm，凹槽厚度為1.6mm，帽型筋條外緣條和腹板通過三面角合與T型框緣條和蒙皮連接。

4.總結(jié)

本文對比分析了球面框結(jié)構(gòu)和平板框結(jié)構(gòu)在某型飛機(jī)后增壓框設(shè)計時的優(yōu)劣，在綜合考慮了設(shè)計、制造、使用維護(hù)等多個方面的因素后，決定選用平板框作為最終的結(jié)構(gòu)方案，其雖然在重量上有一些劣勢，但綜合性能優(yōu)于球面框，本文的研究結(jié)果對公務(wù)機(jī)后增壓框的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會.飛機(jī)設(shè)計手冊第10冊：結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

作者姓名：丁厚安（1987-），男 ，漢族，湖南攸縣人，中航通飛研究院有限公司，助理工程師，碩士，飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方向。