參數(shù)化設(shè)計(jì)民用飛機(jī)蒙皮與長(zhǎng)桁

屈直　張江

【摘 要】結(jié)合民機(jī)機(jī)身強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要特征參數(shù)及方程，在給定強(qiáng)度要求下，以長(zhǎng)桁數(shù)量作為變量，通過(guò)Matlab進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)長(zhǎng)桁進(jìn)行排布并求出蒙皮的厚度以及長(zhǎng)桁的截面積，形成一套快速有效的蒙皮與長(zhǎng)桁的設(shè)計(jì)方法，大幅提高了設(shè)計(jì)效率，對(duì)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)布局的分析效率有重要的提升。

【關(guān)鍵詞】民機(jī)；蒙皮；長(zhǎng)桁；參數(shù)化；Matlab求解

0 引言

蒙皮和長(zhǎng)桁是飛機(jī)的重要承力結(jié)構(gòu)，也是飛機(jī)重量的重要組成部分[1]。本文討論了民機(jī)中的Al-2014蒙皮與長(zhǎng)桁的受力形式以及強(qiáng)度要求，并對(duì)長(zhǎng)桁厚度、排布以及蒙皮的厚度進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。在給定剪流、壓強(qiáng)等載荷要求下，得到優(yōu)化參數(shù)，對(duì)飛機(jī)減重和機(jī)體結(jié)構(gòu)布局的分析效率有重要的提升。

1 蒙皮理論受力分析

1.1 剪流

截面單元的剪切流：

E為Al-2014的楊氏模量，t為蒙皮承載給定剪力要求所需的厚度。

上式中ks為剪切屈曲系數(shù)，由下列表達(dá)式得到：

a為寬度/厚度，假設(shè)a為4，則

1.2 增壓負(fù)載

設(shè)給定增壓載荷為P，蒙皮所受負(fù)載為：

2 長(zhǎng)桁理論受力分析

長(zhǎng)桁主要承受機(jī)身彎矩引起的部分軸向力，長(zhǎng)桁所受彎曲應(yīng)力表達(dá)式為：

Iyy為長(zhǎng)桁截面慣性矩，

通過(guò)以上兩式，長(zhǎng)桁截面面積A可求出，

為使長(zhǎng)桁可以承受最大彎曲應(yīng)力，在計(jì)算A時(shí)，y取最大值，σ取材料的屈服應(yīng)力。

3 運(yùn)用Matlab進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)[3]

運(yùn)行Matlab程序，在輸入窗口顯示：number=input（'the number of stringers： '）；時(shí)輸入20（長(zhǎng)桁數(shù)量為20），程序運(yùn)算結(jié)果如下

通過(guò)變化長(zhǎng)桁的數(shù)量，相對(duì)應(yīng)的蒙皮厚度可由程序算出，如下所示：

4 結(jié)論

本文運(yùn)用民機(jī)機(jī)身強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要特征參數(shù)及方程為基礎(chǔ)，分析了民用飛機(jī)長(zhǎng)桁以及蒙皮的受力并運(yùn)用Matlab對(duì)長(zhǎng)桁截面積、長(zhǎng)桁排布以及蒙皮厚度進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，在給定載荷（剪流、壓強(qiáng)）下，以長(zhǎng)桁數(shù)量作為變量，形成一套快速有效的長(zhǎng)桁與蒙皮的設(shè)計(jì)方法，得到優(yōu)化的參數(shù)，對(duì)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)布局的分析效率有重要的提升，并對(duì)飛機(jī)減重分析有很大的幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009：283-294.

[2]解思適.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第9冊(cè)：載荷、強(qiáng)度和剛度[M].北京：航空工業(yè)出版社， 2001：364-412.

[3]陳杰. MATLAB寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010：172―214.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]