民用飛機機身小開口加強件設(shè)計與研究

王桂倫

【關(guān)鍵詞】機身;小開口;加強件

對于民用飛機來說，機身上除了布置登機門、服務(wù)門、貨艙門、應(yīng)急艙門、起落架艙門等大開口外，還需要布置電源開口、艙門操作開口和水服務(wù)開口等小開口，以滿足飛機運營過程中的維修、通氣、供水和系統(tǒng)服務(wù)面板布置等功能需求。機身上小開口打斷了機身內(nèi)部結(jié)構(gòu)，致使機身結(jié)構(gòu)不連續(xù)，蒙皮開口區(qū)存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致機身出現(xiàn)靜強度和疲勞等問題，因此需要對開口區(qū)進行加強[1]。

一、加強件結(jié)構(gòu)介紹

（一）組合式加強件

典型小開口加強件為組合式結(jié)構(gòu)，由加強板和盆形件組成，如圖1所示。加強板布置在機身蒙皮開口區(qū)內(nèi)側(cè)，通過緊固件與蒙皮連接，增加了開口區(qū)的厚度。盆形件安裝在加強板內(nèi)側(cè)，利用翻邊通過緊固件與加強板和蒙皮連接。蒙皮開口的尺寸和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了盆形件的外輪廓。盆形件底部通常為平面，便于系統(tǒng)操作面板安裝，同時還根據(jù)系統(tǒng)需求確定開孔的數(shù)量、位置和孔徑。

（二）整體式加強件

相較于組合式加強件，整體式加強件將加強板和盆形件融合為整體，如圖2所示。整體式加強件為薄板沖壓成型的鈑金零件。整體式加強件中間盆形凸起與組合式的盆形件作用相同，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安裝提供支持;盆形凸起周圍的曲板與機身蒙皮連接，與加強板作用相同，起到加強蒙皮的作用。與組合式結(jié)構(gòu)相比，整體式結(jié)構(gòu)重量輕，一體成型，整體剛度好。

二、對比分析

（一）受力

開口的存在打斷了機身內(nèi)部長桁，導(dǎo)致長桁軸力中斷，引起開口周圍剪流重分布。兩種結(jié)構(gòu)形式都在開口區(qū)增加了加強板，加強板厚度比開口區(qū)蒙皮厚1～2級（約0.2～0.4mm）;加強板與長桁、蒙皮共鉚，長桁軸力和蒙皮剪力傳遞到開口加強區(qū)，以降低應(yīng)力集中。

（二）制造

組合式和整體式加強件均為鈑金件，工藝成型簡單。整體式加強件為一體式?jīng)_壓成型，沖壓會引起材料滑移，導(dǎo)致鈑彎區(qū)域厚度不均勻，可能影響周圍結(jié)構(gòu)的安裝，對制造工藝有一定的要求。然而，組合式結(jié)構(gòu)中的盆形件安裝在加強板內(nèi)側(cè)，不影響周圍結(jié)構(gòu)的安裝。

（三）裝配

組合式加強件需對盆形件進行單獨定位和裝配。整體式加強件裝配時僅需一個工裝進行定位，且緊固件數(shù)量相對較少，裝配效率高。但是，整體式加強件受到損傷后需整體更換，拆卸和安裝困難，且耗時較長。

三、結(jié)論

通過對比可知，組合式加強件在制造和裝配方面優(yōu)于整體式加強件，因此在民用飛機設(shè)計過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇組合式加強件。