一种民用飞机框对接设计思路

【摘 要】本文提出了民用飞机框对接结构设计的原则，并提供了一种框对接条带的设计思路。

【关键词】框对接；结构设计；民用飞机

0 引言

民用飞机结构设计中，包括各种承载接头、框对接、机身环向对接等在内的连接设计极为重要。

框对接设计首先要满足对接面上载荷传递的基本要求，以及结构力学性能和疲劳性能，其次重量、工艺性以及维修性等性能也必须考虑在内。

1 设计原则

在选择框缘分段面位置选择时，首先考虑机身壁板的工艺路线、强度需求等，归纳为以下三个优先考虑因素：

1）距离蒙皮对缝至少1.5倍长桁间距；

2）低应力区域；

3）两个长桁之间。

以上三个因素为分段面优选的因素，而非必须的因素，在设计过程中如果不能满足，也有一定的方法弥补。总的原则是有效的传递框缘间的载荷即可。

民用飞机框结构形式较多，因此存在多种框缘对接形式，但基本原则一致：

1）内缘、腹板、外缘分别都需要连接起来；

2）两个厚度相同的框缘对接，对接条带厚度比框缘厚度要厚一级；

3）两个厚度不同的框缘对接，对接条带厚度与厚度较大的框缘相同；

4）两个材料相同的框缘对接，对接条带材料与框缘相同；

5）框缘内外缘与条带连接一般为6颗紧固件。

2 框对接设计

框对接条带的轮廓必须根据传递的载荷优化，根据分界面上拉应力/弯矩之比来确定腹板轮廓的夹角α，以便确定对接条带腹板上靠近内缘和外缘的紧固件数量之比，保证紧固件数量多的一侧为6颗。

图1

在确定夹角α时，以6颗*4排紧固件（排数根据实际情况确定）为初始状态，如图2所示。其中将紧固件孔位依次编号为1-24，A点为拉应力和弯矩作用点。

图2

每个紧固件所受由拉应力N引起的剪力为PN，i=N（AiAi），由弯矩M引起的剪力为PM，i=M（AixiAix2），其中Ai为每个紧固件的截面积，xi为每个紧固件形心到作用点A的距离。每个紧固件承受的剪力为Pi=PN，i+PM，i。

计算不同的K值时每个紧固件的剪力，去掉受力较小的紧固件，可以得到不同的夹角α，整理结果后，如表1所示。表1的α供条带初始设计使用，具体的条带轮廓必须按照实际情况进行优化。

表1

民用飞机机身结构上，浮框数量最多，其对接为最典型设计，对于外形设计良好的机身桶段来说，框缘对接处受力符合4

图3

3 结论

本文提供了一种民用飞机框对接条带的设计思路，提出了具体的设计方法，在今后的工作中，将把内外缘连接纳入设计范围内，进一步详细化设计方法。

【参考文献】

[1]Micheal Niu， Airframe Stress Analysis and Sizing， 1997[Z].

[2]飞机设计手册[M].航空工业出版社，2000.