CN109455290A - 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元 - Google Patents

一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元 Download PDF

Info

Publication number
CN109455290A
CN109455290A CN201811249867.5A CN201811249867A CN109455290A CN 109455290 A CN109455290 A CN 109455290A CN 201811249867 A CN201811249867 A CN 201811249867A CN 109455290 A CN109455290 A CN 109455290A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
structure unit
endergonic structure
boss
panel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811249867.5A
Other languages
English (en)
Inventor
冯振宇
牟浩蕾
解江
邹田春
毛可毅
陈琨
李翰
邹君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Civil Aviation University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Civil Aviation University of China filed Critical Civil Aviation University of China
Priority to CN201811249867.5A priority Critical patent/CN109455290A/zh
Publication of CN109455290A publication Critical patent/CN109455290A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/18—Floors
    • B64C1/20—Floors specially adapted for freight

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。其包括上面板、下面板、多个复合材料薄壁方管和泡沫材料层；本发明效果：上、下面板采用高强度铝合金或碳纤维/环氧树脂复合材料，置于上、下面板之间的复合材料薄壁方管采用碳纤维或玻璃纤维复合材料，因此吸能结构单元与同体积的金属吸能结构单元相比，付出的重量代价相对较小，能够减轻飞机负载，提高经济性能。在坠撞过程中，复合材料薄壁方管沿着四个顶角产生开裂现象，层束发生弯曲和分层等失效，最终以层束弯曲失效模式(张开模式)压溃的形式吸收大部分能量。

Description

一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元
技术领域
本发明属于航空器复合材料机身结构设计技术领域，具体涉及一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。
背景技术
民用飞机运营的首要要求即是安全性。自20世纪90年代以来，虽然民用运输飞机的事故率在逐渐降低，但因运营时间以及乘员数目快速递增，航空事故总数及被定级为灾难性后果的事故数并没有显著减少。70％以上的民用飞机事故发生在飞行高度较低的起飞、降落阶段，属于可生存事故的范畴。为了提高在可生存坠撞事故中的乘员存活率，在飞机结构设计过程中必须考虑适坠性，以充分吸收坠撞过程中产生的动能，并保证坠撞过程中乘员承受的冲击载荷在人体耐受极限范围之内。因此近年来，飞机结构适坠性研究越来越受到各航空大国的重视。
提高飞机结构适坠性是解决坠撞导致乘员伤亡的主要途径，而货舱地板下部结构是飞机结构适坠性设计的关键部位之一。飞机结构适坠性设计的一条基本原则就是可以牺牲机身非重要结构，以使其破坏(压溃)来换取乘员的生存。通常情况下，这一目标是通过控制客舱地板及机身下腹部结构的塑性变形来实现的。严格地说，各种能量耗散措施应该集中布置在机身龙骨梁框架中，以便将机身结构的塑性大变形限制在客舱地板下部区域，从而最大限度地满足乘员可生存空间要求。在某些特定的工况(如紧急着陆)下，已有的结构很难吸收全部坠撞能量，因此就需要在机腹结构设计特殊的吸能元件作为能量耗散装置。设计良好的吸能装置，可以提高飞机的适坠性。
国际上已对吸能结构/吸能装置展开了研究，欧美航空界在吸能结构方面开展了大量工作。德国宇航中心DLR提出了一种由塑性铰和吸能结构件组成的地板下部吸能结构概念。针对直升机地板下部结构，荷兰国家空间实验室NLR设计并制造了一种以波纹板为主要吸能元件的地板下部吸能结构。美国NASA Langley研究中心和FAA对复合材料机身段的适坠性进行了较为深入的研究，提出了4种不同的地板下部吸能结构形式：杆系结构、夹芯板结构、泡沫填充结构和管状结构。波音公司针对复合材料运输类飞机提出了复合材料薄壁C型柱的货舱地板下部结构。
我国现有的机身单元设计中，主要将金属薄壁等吸能结构置于飞机货舱地板下部，在机体坠撞过程中，利用金属的塑性变形来吸收坠撞冲击能量。金属吸能结构不仅能量损耗率不高，而且需付出较大的重量代价。
因此，有必要设计开发一种新型的、吸能效率高的、能够改进飞机结构适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。
为了达到上述目的，本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元包括上面板、下面板、多个复合材料薄壁方管和泡沫材料层；所述的上面板和下面板位于上下两侧，其中上面板的底面等间距设有多个上部凸台；下面板的表面等间距设有多个下部凸台，并且多个上部凸台的位置分别与多个下部凸台的位置相对应；多个复合材料薄壁方管等间距设置在上面板和下面板之间且中心轴垂直于上面板和下面板，并且每个复合材料薄壁方管的上下端口内部分别***一个上部凸台和一个下部凸台；泡沫材料层设置在复合材料薄壁方管的外侧四周。
所述的复合材料薄壁方管由0°、±45°和90°方向铺设的多层碳纤维或玻璃纤维层合而成，下端口具有45°内倒角，上端口无倒角。
所述的上部凸台的外端边缘无倒角，下部凸台的外端边缘具有弧形倒角。
所述的上面板和下面板均由高强度铝合金材料制成或由碳纤维/环氧树脂复合材料层合而成。
所述的上面板上的上部凸台之间的部位形成有上面板减轻孔；下面板上的下部凸台之间的部位形成有下面板减轻孔，上面板减轻孔和下面板减轻孔为方形、圆形或椭圆形。
本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元具有如下有益效果：
1、上、下面板采用高强度铝合金或碳纤维/环氧树脂复合材料，置于上、下面板之间的复合材料薄壁方管采用碳纤维或玻璃纤维复合材料，因此吸能结构单元与同体积的金属吸能结构单元相比，付出的重量代价相对较小，能够减轻飞机负载，提高经济性能。
2、在坠撞过程中，复合材料薄壁方管沿着四个顶角产生开裂现象，层束发生弯曲和分层等失效，最终以层束弯曲失效模式(张开模式)压溃的形式吸收大部分能量。
3、下面板上的下部凸台的倒角以及复合材料薄壁方管下端口的45°内倒角可以保证复合材料薄壁方管在45°内倒角一侧先发生破坏，且复合材料薄壁方管可以被设计得更长，可以有更长的稳定压溃行程，而不至于使复合材料薄壁方管产生屈曲。
4、上面板和下面板上的凸台具有一定高度，***在复合材料薄壁方管的两端内部，与内壁紧密接触，能进一步提高其抵抗横向变形的能力，从而提高吸能能量。
5、可以根据机身结构设计特点来改变面板的形状、凸台的位置及排列、复合材料薄壁方管的数量以及复合材料薄壁方管的截面长度及高度等参数，以适用于不同的机型。
附图说明
图1是本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元结构示意图。
图2是本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元中上面板底面朝上时结构示意图。
图3是上面板上的上部凸台结构侧视图。
图4是本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元中下面板结构示意图。
图5是下面板上的下部凸台结构侧视图。
图6是本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元中复合材料薄壁方管倒置时结构示意图。
图7是本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元中复合材料薄壁方管轴向压溃后的破坏模式示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元做进一步说明。
如图1—图6所示，本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元1包括上面板2、下面板3、多个复合材料薄壁方管4和泡沫材料层5；所述的上面板2和下面板3位于上下两侧，其中上面板2的底面等间距设有多个上部凸台6；下面板3的表面等间距设有多个下部凸台8，并且多个上部凸台6的位置分别与多个下部凸台8的位置相对应；多个复合材料薄壁方管4等间距设置在上面板2和下面板3之间且中心轴垂直于上面板2和下面板3，并且每个复合材料薄壁方管4的上下端口内部分别***一个上部凸台6和一个下部凸台8；泡沫材料层5设置在复合材料薄壁方管4的外侧四周。
所述的复合材料薄壁方管4由0°、±45°和90°方向铺设的多层碳纤维或玻璃纤维层合而成，下端口具有45°内倒角，上端口无倒角。
所述的上部凸台6的外端边缘无倒角，下部凸台8的外端边缘具有弧形倒角。
所述的上面板2和下面板3均由高强度铝合金材料制成或由碳纤维/环氧树脂复合材料层合而成。
所述的上面板2上的上部凸台6之间的部位形成有上面板减轻孔7；下面板3上的下部凸台8之间的部位形成有下面板减轻孔9。上面板减轻孔7和下面板减轻孔9为方形、圆形或椭圆形
现将本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元的工作原理阐述如下：
本货舱地板下部吸能结构单元可以作为承力单元，多个货舱地板下部吸能结构单元在平面内拼接在一起构成机身货舱地板下部结构，或者作为专门的改进适坠性的吸能结构单元使用。该结构形式重量轻，结构简单，整体性好，能量吸收率高。
在坠撞过程中，如图7所示，复合材料薄壁方管2将沿着四个顶角产生开裂现象，层束发生弯曲和分层等失效，最终以层束弯曲失效模式(张开模式)压溃的形式吸收大部分能量。

Claims (5)

1.一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元，其特征在于：所述的货舱地板下部吸能结构单元(1)包括上面板(2)、下面板(3)、多个复合材料薄壁方管(4)和泡沫材料层(5)；所述的上面板(2)和下面板(3)位于上下两侧，其中上面板(2)的底面等间距设有多个上部凸台(6)；下面板(3)的表面等间距设有多个下部凸台(8)，并且多个上部凸台(6)的位置分别与多个下部凸台(8)的位置相对应；多个复合材料薄壁方管(4)等间距设置在上面板(2)和下面板(3)之间且中心轴垂直于上面板(2)和下面板(3)，并且每个复合材料薄壁方管(4)的上下端口内部分别***一个上部凸台(6)和一个下部凸台(8)；泡沫材料层(5)设置在复合材料薄壁方管(4)的外侧四周。
2.根据权利要求1所述的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元，其特征在于：所述的复合材料薄壁方管(4)由0°、±45°和90°方向铺设的多层碳纤维或玻璃纤维层合而成，下端口具有45°内倒角，上端口无倒角。
3.根据权利要求1所述的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元，其特征在于：所述的上部凸台(6)的外端边缘无倒角，下部凸台(8)的外端边缘具有弧形倒角。
4.根据权利要求1所述的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元，其特征在于：所述的上面板(2)和下面板(3)均由高强度铝合金材料制成或由碳纤维/环氧树脂复合材料层合而成。
5.根据权利要求1所述的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元，其特征在于：所述的上面板(2)上的上部凸台(6)之间的部位形成有上面板减轻孔(7)；下面板(3)上的下部凸台(8)之间的部位形成有下面板减轻孔(9)，上面板减轻孔(7)和下面板减轻孔(9)为方形、圆形或椭圆形。
CN201811249867.5A 2018-10-25 2018-10-25 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元 Pending CN109455290A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811249867.5A CN109455290A (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811249867.5A CN109455290A (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109455290A true CN109455290A (zh) 2019-03-12

Family

ID=65608439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811249867.5A Pending CN109455290A (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109455290A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111027245A (zh) * 2019-12-04 2020-04-17 中国直升机设计研究所 一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8710037D0 (en) * 1987-04-28 1987-06-03 British Aerospace Structural material
US20080210817A1 (en) * 2006-10-26 2008-09-04 The Boeing Company Energy-absorbing Square Tube Composite Stanchion
CN203094191U (zh) * 2013-01-31 2013-07-31 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种汽车车身的吸能结构
CN103350751A (zh) * 2013-07-29 2013-10-16 北京航空航天大学 一种民用飞机客舱地板下部撑杆吸能装置
CN203528805U (zh) * 2013-08-08 2014-04-09 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种飞机抗坠撞的吸能结构单元
CN204821434U (zh) * 2015-03-23 2015-12-02 奇瑞汽车股份有限公司 一种汽车吸能盒
CN105438433A (zh) * 2015-12-04 2016-03-30 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种行李舱支撑装置
US20160333960A1 (en) * 2015-05-13 2016-11-17 The Boeing Company Energy-absorbing composite tension-shear fitting

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8710037D0 (en) * 1987-04-28 1987-06-03 British Aerospace Structural material
US20080210817A1 (en) * 2006-10-26 2008-09-04 The Boeing Company Energy-absorbing Square Tube Composite Stanchion
CN203094191U (zh) * 2013-01-31 2013-07-31 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种汽车车身的吸能结构
CN103350751A (zh) * 2013-07-29 2013-10-16 北京航空航天大学 一种民用飞机客舱地板下部撑杆吸能装置
CN203528805U (zh) * 2013-08-08 2014-04-09 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种飞机抗坠撞的吸能结构单元
CN204821434U (zh) * 2015-03-23 2015-12-02 奇瑞汽车股份有限公司 一种汽车吸能盒
US20160333960A1 (en) * 2015-05-13 2016-11-17 The Boeing Company Energy-absorbing composite tension-shear fitting
CN105438433A (zh) * 2015-12-04 2016-03-30 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种行李舱支撑装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111027245A (zh) * 2019-12-04 2020-04-17 中国直升机设计研究所 一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法
CN111027245B (zh) * 2019-12-04 2022-09-30 中国直升机设计研究所 一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10286956B2 (en) Motor vehicle
EP3318481B1 (en) Panel structure for an aircraft and manufacturing method thereof
CN106697258B (zh) 一种能够提高飞机抗鸟撞性能的机翼前缘
US8142873B2 (en) Rod for supporting components in a fuselage cell structure of an aircraft
CN102390520A (zh) 一种能够提高飞机抗鸟撞性能的尾翼
CN110294097B (zh) 一种新型胞格蜂窝的吸能缓冲装置
US20080210817A1 (en) Energy-absorbing Square Tube Composite Stanchion
US10773821B2 (en) Energy absorbing composite panels
CN107499495B (zh) 一种内垫夹层芯材的复合材料机翼前缘蒙皮及其制备方法
CN202320773U (zh) 一种抗鸟撞飞机尾翼
US10369762B2 (en) Impact resistant sandwich structure
CN106976544A (zh) 一种飞艇吊舱结构
CN112550196A (zh) 一种抗多向冲击的蜂窝结构缓冲吸能装置
CN113339440A (zh) 一种仿足球烯结构的多向承载蜂窝缓冲组合吸能结构
EP3450302B1 (en) Energy-absorbing under-floor airframe
CN109455290A (zh) 一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元
CN108955441A (zh) 一种变截面梯度泡沫夹芯圆筒防爆结构
EP2876042B1 (en) Helicopter airframe
CN103057690A (zh) 一种飞机翼面前缘结构
CN203528805U (zh) 一种飞机抗坠撞的吸能结构单元
KR20180041654A (ko) 회전익기용 일체형 선체를 지닌 서브플로어 구조물
CN201971150U (zh) 一种有前缘加固件的飞机平尾
CN102582821A (zh) 民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式
CA3014235C (en) Energy-absorbing under-floor airframe
CN113942628B (zh) 一种高生存力直升机座舱

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190312