机身整体壁板结构分析_郑辉洲

水平安定面外伸段壁板结构设计

蔡婧

【摘要】随着民用航空事业的发展和民用飞机巨大的市场需求,整体壁板结构开始应用在民用支线飞机上.首先介绍支线飞机水平安定面外伸段壁板结构设计的方法.然后根据某支线飞机水平安定面的总体、适航、重量、强度、刚度等要求,进行水平安定面外伸段壁板结构的初步设计,选定水平安定面上下壁板的结构布置方案,根据公式及工程经验,确定壁板的基本几何尺寸,经过强度校核和几轮迭代,得到满意的基本尺寸.进入详细设计阶段,考虑壁板的疲劳、损伤容限、工艺性、防腐性等细节问题,通过强度校核,最终设计出满足多方面要求并且重量较轻的水平安定面外伸段壁板.水平安定面外伸段壁板结构设计对相似机型的结构设计具有参考作用.

【期刊名称】《航空工程进展》

【年(卷),期】2014(005)002

【总页数】6页(P227-232)

【关键词】水平安定面;整体壁板;结构设计;稳定性

【作者】蔡婧

【作者单位】中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院,上海201210

【正文语种】中文

【中图分类】V225+.1

0 引言随着航空运输业的飞速发展，中国已成为世界民用支线飞机的一个重要市场。如何设计一个具有高可靠性、高寿命、高维修性和轻重量的飞机已成为现代飞机设计的目标。选择合理的结构形式对结构设计尤为重要。

20世纪50年代以前，飞机壁板基本采用铆接结构形式。20世纪50年代之后，整体壁板开始应用在飞机上，最初用于机翼翼盒壁板，后扩展到机身和尾翼结构上[1]。

整体壁板相比铆接壁板，大量减少零件数量，减轻飞机重量，降低成本；能承受较高的屈曲载荷；并且由于减少了紧固件,壁板表面更加光滑。MD-82、DC-8、DC-10等飞机水平尾翼壁板采用了Z型整体壁板。目前我国军用飞机歼8、水轰5的机翼都应用了整体壁板结构[2]，民用飞机也逐渐开始尝试使用整体壁板结构。

整体壁板虽然具有较多优势，但由于其结构特点，在止裂性能上比较差[3]，而且与其他零部件装配时也会因为整体性的结构特点需要特殊连接形式，对零部件的安装公差要求会更加严格。

大型飞机U形加筋长桁壁板的结构设计

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计

大型飞机U形加筋长桁壁板的结构设计

摘要

本论文旨在结合国内外相关的研究成果与复合材料铺层设计的共用原则，使用CATIA软件建模设计一种特殊的飞机长桁结构，并且根据强度计算以及工艺部门反馈的结果来论证该壁板设计的可行性和实用性。

关键词：U形截面长桁；方向舵壁板；加筋长桁；结构设计；复合材料

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计

Structural Design for Skin with U Shape Stringers

Abstract

This paper aims to use CATIA software to model and design a special aircraft truss structure

based on the research results at home and abroad and the common principle of composite

laminate design, and demonstrate the feasibility and practicability of the panel design

according to the results of strength calculation and process department feedback.

Keywords: Skin with U shape stringers; Rudder Panel; Composites Design

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计

1 绪论 ...................................................................... 1

1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求 .................................

民用飞机隔框结构设计

行业曲线　２０１万一５００万◎　网　剑　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９７２．２０１７．１４．０３５　可实现度　可替代度　

民机机身最主要的结构件是由“蒙皮＋长桁”组成ａ，２￣ｌ：ｌ　筋壁板结构，它承受了机身弯曲、剪切、扭转以及客舱压力　引起的大部分载荷。机身壁板在压缩载荷下类似于细长柱结　构，为防止其发生低载失稳，通常布置隔框对壁板提供支撑。　按一定间隔布置的隔框将机身壁板分成很多段，对长桁提供　侧向支撑，有效避免总体失稳的发生，提高了长桁和壁板的　承载能力。隔框还作为壁板的环向止裂带，壁板受拉裂纹扩　展至隔框即停止向前扩展。此外，加强隔框还起到承受、分　散集中载荷的作用，如机翼对接框，气密端框等。　普通隔框只起到支撑壁板的作用。综合考虑加工成本和　承载要求，普通隔框通常选择浮框结构。钣金框通过多个剪　切角片与蒙皮和长桁连接，如图１所示。壁板和框之间载荷　通过分散的角片传递，符合“破损一安全”的设计思想。加　强隔框通常选择承载能力高的整体机加框，　“Ｊ”型、“Ｃ”　型、“ｌ”都是常用的加强框截面形式。本文将从隔框布置、　隔框分段和对接等几个方面介绍机身隔框设计。　设计准则　进行隔框设计时，首先要确定的是框距和框高。隔框作　用是支撑机身壁板，并作为蒙皮的止裂带。确定框距时，要　考虑压缩和剪切载荷下机身蒙皮稳定性，客舱和货舱传给蒙　皮的载荷，以及壁板损伤容限要求等。此外，框间距还应考　虑各类舱门以及观察窗开口。　框高的确定要考虑两方面要求。首先，隔框要具有足够　的刚度（Ｅｌ＝ＭＤ２／１６００Ｌ，其中Ｄ为机身直径，Ｌ为框距，　Ｍ为机身弯矩）才能对壁板提供有效支撑，框高决定了隔框　刚度。其次，框高还要满足总体定义的客舱高度以及内饰板　９５一　的安装高度。确定了框高后，再根据载荷确定框结构方案并　进行详细设计和优化，最终确定框截面尺寸。　图２给出民机常用的三种隔框：钣金框、型材框和机加　框及各自优缺点。钣金框加工成本低，承载能力较弱，一般　通过角片与壁板连接。机加框加工成本高，承载能力高，常　用于加强框。机加框可设计性最强，可以根据承载要求优化　腹板和缘条，而且由于使用紧固件少，疲劳源少，装配工作　量小。　目前民机普通隔框均用钣金浮框，制造简单，成本低，　工艺成熟、成品率高。钣金框常采用Ｚ型截面，刚度和侧向　稳定性好，也便于自动钻铆机进行打孔和装配。机加框常选　择”Ｃ”、”Ｉ”型截面，材料使用率高。需在腹板开孔让长　桁通过，需关注开孔位置的疲劳性能。通常在长桁孔边整体　机加出加强筋，提高腹板刚度，降低孔边应力。　对于同样承载能力，机加框方案重量较轻。因为机加框　材料集成度高，结构效率高，还省去了框和角片之间的连接　结构和紧固件。考虑飞机适坠性时，浮框结构优于机加框。　

某型飞机上半壳壁板装配型架设计

科技视界

Science&TechnologyVision科技视

界该机型上半壳壁板渊见图1冤是飞机机身中相对于简单的组合部分袁是飞机框与蒙皮的结合件遥整个上半壳壁板由框尧蒙皮尧长桁和连接角材组成遥图1上半壳壁板数模1工艺性分析该机型上半壳壁板内外侧都为不规则曲面袁在型架的设计时袁将蒙皮的内侧与卡板直接支撑遥上半壳壁板的蒙皮与长桁采用铆接方式连接遥该机的外蒙皮在进行产品装配时袁是通过外蒙皮耳片上的定位孔进行定位的袁用内型卡板定位蒙皮内部的形状袁外部用束紧带束紧袁保持蒙皮在产品装配是的固定状态遥2方案确定2.1骨架形式确定采用底座式框架遥此类框架可以用螺栓初步固定在地面上袁再用混凝土固定袁也可以直接安放在平度较高的地坪上袁用螺栓固定遥2.2型架设计基准确定以飞机机身轴线作为成套的装配夹具和成套的标准工艺装备的设计基准袁这样可以避免基准转换时繁杂的计算袁也可以消除制造时由于基准转换引起的误差积累遥2.3定位基准的选择为了便于对图纸和工艺规程的综合研究袁采用飞机对称轴线和飞机水平基准线作为定位基准遥3装配型架设计3.1装配型架总体结构分析飞机上半壳壁板为机身的主要部分袁以保证机身的加工和装配精度和准确度袁进而保证飞机筒段部分的加工精度袁确保飞机的结构强度袁达到飞行过程中的优良性能遥上半壳装配型架的主要结构如图2所示袁上半壳壁板配型架与其他型架有很多相似的地方袁也基本是由框架尧卡板尧定位器尧定位件组成袁只是因产品的特殊结构袁在定位上会针对不同的结构给予不同的定位袁特殊之处是有一部分架外安装遥设计恰当的定位袁确保加工和安装的准确遥3.圆框架的设计拟订该型架的骨架形式为底座式袁这种骨架形式是有槽钢焊接成的底座袁由几段组合而成袁可多次使用遥这种组合式型架用于大尧中型型架袁特别是机身尧机翼部段或部件的总装型架遥图2上半壳装配型架图3.3定位形式设计采用了孔定位遥左右两侧都是成对出现的定位器用来定位框在横向的固定遥上方的定位器和下面两个定位器将这个框稳定而准确的定位在型架中遥框定位器多采用了过定位袁其目的是为了加强对框体的支撑袁确保了产品的加工精度遥3.4卡板的设计卡板的工作表面加工成骨架外形遥设计的卡板为内形卡板袁该内形卡板保证该机的上半壳壁板的气动外形袁外部用束紧带夹紧定位该壁板遥在型架的设计时袁也需要考虑型架的经济性袁所以在该型架上袁安装前筒段上半壳壁板的同时也安装后筒段的上半壳壁板遥在装配时袁方法都是一样的袁当装配前筒段结束后袁将产品和卡板全部卸下袁换上装配后筒段时所用的卡板即可遥这样的设计即能更方便的进行装配袁也降低了经济成本遥3.5确定该机前尧后筒段及上半壳壁板的装配顺序该壁板由蒙皮尧长桁等部件组成遥长桁与蒙皮的装配相对简单袁并且与蒙皮完全贴合遥由于内型卡板上已经开好缺口袁所以在装配时可以将蒙皮与长桁直接进行装配遥装配顺序如下图3-图6所示遥作者简介院周金鑫渊1987.07要冤袁男袁汉族袁辽宁大石桥人袁工学学士袁初级袁研究方向为飞机制造遥某型飞机上半壳壁板装配型架设计周金鑫宋斌宋新华冯斌华渊张家界航空工业职业技术学院袁湖南张家界427000冤揖摘要铱本文通过对该机型上半壳壁板的结构工艺性分析袁主要阐述了型架主要组件的设计要点和装配顺序袁此装配型架的使用可以使工人保持较高的工作效率袁使上半壳壁板的组装更快捷尧方便袁为以后类似型架设计提供了参考遥揖关键词铱上半壳壁板曰装配型架曰设计TheassemblyjigdesignofthefirsthalfoftheshellwallZhoujinxinSongbinSongxinhuaFengbinhua(ZhangjiajieAeronauticEngineeringVocational&TechnicalCollege袁ZhangjiajieHunan427000)揖Abstract铱Throughthestructuralprocessinganalysisofthefirsthalfoftheshellwalloftheaircraft,itmainlyelaboratesthedesignfeaturesandassemblysequenceofmaincomponentsofjig.Theusageofthisassemblyjigcanassurethestaffworkwithratherhighefficiency,andfacilitatetheassemblyofthefirsthalfoftheshellwallathighspeed.Anditalsoprovidesrelativereferenceforsimilarjigdesigninthefuture.揖Keywords铱Firsthalfoftheshellwall曰Assemblyjig曰Design图3图

歼6机翼结构分析

机翼是飞机的重要部件之一，对飞机的气动性能和飞行稳定性起着至关重要的作用。歼6机翼结构是苏联米格-19战斗机的直接翻版，采用了直翼布局，这种布局简单、结构强度高、制造工艺相对简单，是当时主流的战斗机布局之一、下面将对歼6机翼结构进行分析。

歼6机翼的主要结构部件包括主翼壁板、副翼壁板、翼肋、翼梁、连接件等。

主翼壁板是机翼结构的承载部件，承受飞行中由风载荷和机身重力产生的受力。壁板采用铝合金材料制造，具有较高的强度和刚度。壁板通过翼肋和翼梁紧密连接在一起，保证机翼整体的强度和刚度。壁板上还设置有燃油箱以及进气道。

副翼壁板起到辅助增加机翼升阻力的作用。副翼壁板放置在主翼后缘，通过副翼执行机构进行控制。副翼壁板的结构和材料选择和主翼壁板类似，但相对较小。

翼肋是机翼结构的支撑构件，起到连接主翼壁板和副翼壁板的作用。翼肋通常采用铝合金材料制造，具有较高的强度和刚度，可以承受来自主翼壁板和副翼壁板的受力，并将这些受力传递到机翼梁上。

翼梁是机翼结构的骨架，承受整个机翼的受力。歼6机翼采用了内嵌式梁结构，即将翼梁内置在主翼壁板和副翼壁板之间。翼梁一般采用高强度铝合金材料制造，具有很高的强度和刚度。翼梁通过连接件连接在一起，保证机翼整体的受力平衡。连接件是机翼结构的组装部件，它将主翼壁板、副翼壁板、翼肋和翼梁等部件连接在一起，保证机翼结构的整体稳定性。连接件一般采用铝合金材料制造，具有较高的强度和刚度。

总的来说，歼6机翼结构在设计上充分考虑了强度和刚度的要求，采用了合理的材料和结构布局，保证了机翼在飞行过程中的稳定性和可靠性。但由于歼6机翼结构相对较为简单，制造工艺相对简单，因此在一些复杂的飞行条件下，如高空高速飞行或超载飞行时，机翼结构可能会存在一定的强度和刚度不足的问题。因此，在设计和制造过程中需要严格按照相关标准和规范进行，并进行充分的工程实践验证。

总结起来，歼6机翼结构是一种经典的战斗机翼结构，具有较高的强度和刚度，能够满足大部分飞行条件下的要求。但在一些特殊条件下，仍然需要进一步的优化和改进。对于未来的战斗机翼结构设计，需要根据新的材料和制造工艺的发展，结合飞行器的气动性能要求，进行更深入的研究和设计。

宽体客机中后机身复材壁板制造技术研究

发布时间：2021-10-19T08:50:52.567Z 来源：《科学与技术》2021年第19期作者：闫利青1，2 李燕银1 潘云辉1 高翔1，2 任卫安1 朱春生

3

[导读] 本文介绍了宽体客机中后机身壁板的结构特点

闫利青1，2 李燕银1 潘云辉1 高翔1，2 任卫安1 朱春生3

1江西航空工业集团有限责任公司江西南昌 330024

2江西先进复合材料研发中心江西南昌 330096

3南昌工程学院江西南昌 330099

[摘要] 本文介绍了宽体客机中后机身壁板的结构特点，分析其制造难点,并陈述了国内制造所采取的一种工艺方法和主要工艺流程,并对国内相关的技术水平得出了相应的结论。

关键词宽体客机；机身蒙皮壁板；复合材料

1 概述-- 宽体客机及其制造技术

宽体客机是指具有大直径，机身客舱有两个通道，载客量在300人以上的喷气客机。波音和空客等飞机制造商已经研发了波音747、

A380等“巨无霸”超大型宽体机，座位超过400个，客舱分上下两层，每次可运输的乘客数量相当于2-3架窄体客机的客运量，两家公司在世界客机设计制造技术目前处于垄断地位[1]。

为了打破西方的垄断和，根据《我国发展民用大飞机要突破十项关键技术》,其中宽体客机复合材料技术是其中之一[2]，本课题结合国内宽体客机制造的需要，对宽体客机的复合材料机身制造技术展开相关的研究与开发.

2 宽体客机复合材料中后机身壁板结构特点

宽体客机由于尺寸巨大,其设计技术方案,中后机部分的结构主要采用碳纤维复合材料壁板组成,沿径向分为上壁板、左侧壁板、右侧壁板、下壁板四块，如图1所示。通过这样分片结构，实现规模化制造,其中左侧壁板和右侧壁板高有多个窗口,制造难度高,中后机身结构具有

以下特点:

(1)尺寸超大即使采用分片分段制造方式制造,总长度超过10米,宽度弧长超过5米;

(2)结构复杂外有带有窗口的蒙皮,内有形状复杂的长桁,过渡圆滑;

民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证

“民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证”，是在民用飞机研制、制造过程中最关键也是最重要的一步，因为它决定着飞机的结构强度、刚度和耐久性。

一般情况下，民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证，包括多种工艺方法，如机身壁板成形工艺、焊接工艺、热处理工艺、环境性能试验等。

1、机身壁板成形工艺：利用机身壁板成形工艺，根据机身壁板的设计要求，将机身材料以机身壁板的形式加工出来。为了保证机身壁板的精密度和一致性，需要采用特殊的成形工艺，如挤压成形工艺、冷弯成形工艺、热弯成形工艺等。

2、焊接工艺：焊接工艺是用于连接机身壁板的主要工艺，其目的是将不同部件之间的衔接处焊接起来，以形成一个完整的机身壁板结构。在焊接工艺中，需要使用合适的焊接方法和焊接材料，以保证机身壁板的连接强度。

3、热处理工艺：热处理工艺是用于改善机身壁板力学性能的主要工艺。热处理工艺可以使机身壁板具有较高的强度和韧性，从而提高机身壁板的抗损伤能力。 4、环境性能试验：环境性能试验是用于证明机身壁板的耐久性和可靠性的主要试验手段。可以通过对机身壁板进行温度、湿度、振动、冲击等环境性能试验，检测机身壁板的耐久性和可靠性。

最后，为了证明机身壁板的力学性能和耐久性，可以采用拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等方式，来验证机身壁板的损伤容限。

总之，“民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证”是一个复杂的工作，需要综合运用多种工艺方法和试验手段，以保证机身壁板的质量及机身的整体力学性能和耐久性。

民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证，是飞机研制和制造过程中不可或缺的一步，其结果直接关系到飞机的安全性能。所以，必须严格遵循国家规定的制造质量管理标准，以确保机身壁板的质量。

飞机复合材料机身壁板装配技术分析与展望

1. 内容综述................................................2

1.1 研究背景与意义.......................................3

1.2 国内外研究现状与发展趋势.............................4

2. 复合材料机身壁板概述....................................6

2.1 复合材料的定义与分类.................................6

2.2 复合材料机身壁板的设计要求与性能指标.................8

2.3 复合材料机身壁板的应用领域..........................10

3. 装配工艺技术分析.......................................11

3.1 装配方法概述........................................13

3.2 关键装配工艺流程....................................15

3.3 装配过程中的质量控制与检测方法......................16

4. 装配设备与工具.........................................17

4.1 常用装配设备简介....................................18 4.2 工具的选择与使用....................................19

4.3 设备与工具的维护与保养..............................21

5. 案例分析...............................................23

探究民用飞机典型金属机身壁板设计方法

龙源期刊网

探究民用飞机典型金属机身壁板设计方法

作者：李明升

来源：《科学与信息化》2020年第20期

摘要民用飞机机身金属壁板由蒙皮和长桁组成，本文针对壁板初步设计，从受力形式分析、材料选择、长桁截面选择、蒙皮分块以及最小厚度确定等因素进行了进一步探究，可为之后的民用飞机壁板设计提供重要的参考依据。

关键词民用飞机;金属机身壁板;设计方法

民用飞机机身为半硬壳式构造，金属壁板是机身结构中最大的装配单元，由蒙皮和长桁组成，是飞机结构设计的重要承载组件，承受着机身的弯曲、扭转载荷、剪切以及座舱压力等所有主要的载荷。壁板受力形式十分复杂，位置不同，相应的设计情况不同，所以要结合具体的部位充分考虑。本文针对民用飞机典型金属机身壁板设计给出了详细分析。

1 机身壁板受力分析

蒙皮、长桁构成了机身壁板，是平衡机身结构荷载的关键性构件。其中，针对机身受载的分析为：飞机当中的各个部件以及装载物产生的载荷，在框上产生直接的作用，框以减流的形式，向蒙皮传递荷载[1]。剪力到达蒙皮之后，机身便如同薄壁，会对各个方向的横向力进行承载，进而出现弯曲和扭转的情况。弯矩会有轴向力产生，具体来说便是长桁以及蒙皮当中存在的正应力;扭转以及剪力，导致蒙皮有剪应力产生，因此，蒙皮和长桁具体的受力为：蒙皮可以对机身的外形进行维持，与长桁共同对弯矩MZ和MY承受，构成轴向力;对剪力FY，

FZ、扭矩Ma产生的剪应力承受;对增压舱当中存在的气密载荷承受。长桁：与蒙皮共同对弯矩Mz和MY引起的轴向力进行承受;此外，长桁会针对蒙皮产生支持作用，使蒙皮具备更高的受压和受剪失稳临界应力[2]。因为机身存在的弯矩，其方向通常都是向下的，所以机身受弯过程中，一般都是上部受拉，而下部受压。一旦壁板当中的应力由拉应力进行转变，成为压应力时，蒙皮有可能会失去稳定。所以，长桁的分布通常都会从上至下，并且间距逐步减小，上部非常疏松，而下部较密。上壁板一般会对拉伸载荷进行承受，依照疲劳损伤容限开展设计，对拉伸强度理想、具备高质量的断裂韧性以及裂纹扩展速率材料进行选择，并且要保证控制臂板的设计水平，这是设计当中非常关键的内容;下壁板会对受压缩载荷进行承受，可依照稳定性开展设计。

飞机结构设计中的稳定性研究及分析

本文针对飞机结构设计中稳定性的研究，将从飞机结构设计相关概述入手，对飞机结构设计中的稳定性进行深入分析，以此推动飞机设计行业的发展。通过文章分析得知，飞机结构设计稳定性应从三个方面入手，希望本文的研究，能为飞机结构设计提供参考性意义。

标签：飞机结构；稳定性；机身结构

前言：作为飞机设计的重点内容，结构是否稳定对飞行安全具有重要影响，一旦结构的稳定性出现问题，不仅會增加飞机设计的风险，而且会影响飞行安全，进而威胁机组人员和乘客的生命安全。目前，机身结构一般采用半硬壳形式，但此种结构仍然存在着一定的稳定性风险，需要对结构设计中的稳定性进行深入分析，方能完善飞机的稳定性能和安全性能。

1 飞机结构设计相关概述

何谓飞机结构设计，即对飞机承受荷载和传递荷载的系统进行设计，既是飞机的基础部分，也是飞机设计的重点内容，其不仅影响飞机设计的成本和安全，而且对飞机的多种功能也有一定程度的影响。结构设计的内容较为复杂，主要对以下六个方面进行分析：一为飞机的安全系数；二为空气动力学的具体要求；三为结构的完整性；四为飞机的寿命周期费用；五为飞机的劳损性；六为飞机的稳定性。在此六个方面中，一旦有一个方面未达到飞机结构设计的标准，便会干扰飞机的正常运行，进而使飞机的整体性能下降，飞行的安全性也无法得到有效保障。另外，在飞机的基本结构中，机身壁板的稳定性、机身蒙皮的稳定性一旦无法保证，便会对飞机的性能造成严重影响，甚至会发生飞机解体的情况，从而引发安全事故。

2 飞机结构设计中的稳定性研究

2.1机身结构稳定性。

飞机结构设计的关键为机身结构的稳定性，对机身结构设计的稳定性进行分析，不仅能够明确保障飞机在多种荷载下的工作应力，具体了解飞机失稳的客观条件，而且能够对结构形式进行适当的选择。机身结构稳定性研究主要分为两点，具体内容如下：（1）对记忆结构的断裂、疲劳、损伤容限进行研究，并依据实际情况进行适当地调整，这样做主要是为了加强机身的承载能力；（2）对机身结构的临界失稳应力进行研究，依据具体的材料参数，对结构的临界失稳应力进行塑性调整，继而根据调整后的材料参数，最终得出结构的承载能力和临界失稳应力，到此才算是完成了结构的调整工作，这样做一是为了提升结构材料的利用率，二是为了降低结构的自身重量，从而提高整体稳定性。