8字型機身截面在增壓工況下對客艙地板平衡載荷的影響淺析

孫則徐

摘 要 本文通過對雙圓機身截面在氣密載荷下的受力特性進行分析，總結(jié)出截面幾何參數(shù)對機身蒙皮/地板結(jié)構(gòu)的受力結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞 雙圓機身截面；機身蒙皮；機身地板

中圖分類號 V271 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0221-02

1 簡介

現(xiàn)代噴氣式客機由于飛行高度通常在海拔7？000m以上，其機身結(jié)構(gòu)需要按照增壓要求按照進行設(shè)計。最理想受的壓容器的截面是圓形，所有側(cè)向內(nèi)壓完全由機身蒙皮自身的拉應(yīng)所承受，在這種情況下蒙皮被假設(shè)為膜單元。對于單通道客機機身寬度較小，限制了機身截面直徑為了既滿足客艙容積需要又滿足貨艙容積，因此雙圓機身截面被廣泛用于單通道窄體客機上，上圓弧空間為乘客提供足夠的空間，而下圓弧空間則為貨物提供足夠的貨艙容積。

2 機身截面設(shè)計過程

在飛機概念設(shè)計階段，機身等直段截面往往先考慮客艙空間，通過機身截面座位數(shù)與機身過道寬度與機身結(jié)構(gòu)空間確定上圓弧半徑與地板寬度，然后在考慮貨艙容積的基礎(chǔ)上確定下圓弧半徑，上下圓弧的交點則設(shè)在上圓弧與地板交點處。下圓弧的半徑也可以在確定上圓弧寬度與地板寬度后，通過調(diào)節(jié)上下兩圓弧的圓心距來控制。

理想雙圓弧機身氣密載荷下受力分析。典型雙圓弧機身截面由上下2個不同直徑的圓組成，在上下兩圓之間設(shè)置地板梁如圖1所示。機身在增壓情況下的變形趨勢是向一個等圓方向的變形，而上圓與下圓都是等圓截面，唯一的問題就是轉(zhuǎn)折處的內(nèi)力平衡。

由單圓機身截面受壓容器環(huán)向載荷可以由鍋爐公式得到：

其中p為圓形容器內(nèi)壓（MPa）。

假設(shè)機身蒙皮與地板僅承受面內(nèi)拉力而不承受彎距，雙圓機身截面承受氣密載荷受力分析如下：

上圓弧的增壓載荷為NU=PRC，U，下半圓弧的增壓載荷為NL=PRC，L。由圖2幾何關(guān)系可得地板載荷：

從上述3種情況可以發(fā)現(xiàn)等圓的力學性能最佳，此時地板上氣密平衡載荷為零，而情況1則經(jīng)常在等直段出現(xiàn)。

3數(shù)據(jù)分析

以下以機身壓差為0.124MPa，在給定上圓弧半徑為1？975mm，標準框間距530mm為例，給出了3組不同機身截面參數(shù)地板載荷與地板梁載荷的計算結(jié)果。

4 結(jié)論

從上述分析可以看出在雙圓機身截面的設(shè)計時應(yīng)盡量減小上下兩圓圓心距，使得地板為了平衡兩圓氣密載荷的平衡載荷保持在較小水平，從而可以為地板支撐結(jié)構(gòu)減重創(chuàng)造條件。在機身收縮段截面設(shè)計時，則應(yīng)該以地板為基準，盡量不拉大兩圓的圓心距，使得地板不會發(fā)生承受過大壓縮力而發(fā)生穩(wěn)定性不夠。

參考書目

[1]Mr.Michael C.Y Niu，Airframe Stress Analysis And Sizing SECOND EDITION ISBN 962-7128-08-2 p198.

[2]Mr.Michael C.Y Niu，Airframe Structural Design ISBN 962-7128-04-X p380.