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* 大型飞机复合材料机身结构设计 专业： 姓名： 学号: 指导教师: 机身是飞机的重要部件之一，它把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机。对于大型民用飞机来说，机身还能安置空勤组人员、旅客、装载燃油、设备和货物。现代飞机的机身是一种加强的壳体，这种壳体的设计通常称为“半硬壳式设计”。为了防止蒙皮在受压和受剪时失稳，就需要安装隔框、桁条等加强构件。 随着时代的发展，复合材料在飞机设计中的用量越来越大，除了以前的非承力构件，现在主承力构件上也开始采用大量的复合材料设计。但到现在为止，虽然复合材料的用量有了相应的增加，可飞机机身仍然是有金属参加的。 选题背景 机身结构设计 1 蒙皮厚度的确定 2 机身结构强度分析 3 复合材料机身设计及分析 4 论文框架 1.1隔框设计 隔框分为普通隔框和加强隔框两大类。普通隔框用来维持机身的截面形状，主要承受蒙皮传入机身周边的空气动力和机身弯曲变形引起的分布压力。加强隔框的主要功用是将装载的质量力和各部件传入的集中力加以扩散，然后以剪流形式传给蒙皮。隔框除了维形作用外，还对蒙皮和长桁起支持作用，隔框间距影响长桁的总体稳定性。 1.1隔框设计 普通框尺寸 根据歼七机身结构数据，进行结构形式的选择。机身最大高度4.2m。 查询飞机设计手册机身结构设计部分，隔框间距选择为559mm。 1.1隔框设计 加强框尺寸 根据歼七机身结构数据，进行结构形式的选择。机身最大高度4.2m。 查询飞机设计手册机身结构设计部分，隔框间距选择为559mm。 1.2桁条设计 桁条截面尺寸 桁条为机身结构的纵向部件，主要承受机身弯曲时产生的轴力和对蒙皮起支持作用，还有就是保证外部蒙皮的稳定性。 桁条在同一剖面上的布置是不均匀的，分部的疏密主要依据横剖面上的应力分部状况，根据所设计的机身剖面形状得其尺寸。 2.蒙皮厚度的确定 蒙皮的作用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑；承受剪力和扭矩，并与长桁一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。 2.蒙皮厚度的确定 表　各转子级典型叶片碎片对应的最小蒙皮厚度 由上表以及综合考虑多方因素，此次设计的飞机蒙皮的厚度取1.5mm 3.机身结构强度分析 机身的材料取铝合金。 由于是考虑增压载荷对机身结构的影响，因此对等直段的两端施加对称约束（z 方向的位移和绕x、y 轴的转角），对地板中线约束x、y、z 三个方向的位移，对机身顶部和底部的中线约束其x 方向的位移。 约束的具体形式如左图。 3.机身结构强度分析 位移云图 应力云图 3.机身结构强度分析 由上两图可以看出，在极限增压载荷为116.2kpa 的情况下，蒙皮的最大位移出现在机身顶部，为0.275m。最大位移与机身最大高度的比值为：0.275/4.2=6.5%，依据实际经验，这个数值是合理的。最大应力出现在窗户附近，为161MPa，符合设计要求。 3.复合材料机身设计及分析 在正增压载荷作用下，机身的蒙皮受双向张应力。 蒙皮的周向张应力： 蒙皮的纵向张应力： 式中：ΔP——增压舱使用压差，Pa； D——机身直径，m； δ——蒙皮厚度，m。 由此可见，蒙皮的周向应力是的2 倍。对复合材料单层板来说，沿纤维方向的强度要远远大于垂直纤维的方向，因此在设计层合铺层的时候，应重点考虑蒙皮周向应力分布这个因素。 3.1复合材料机身设计 3.复合材料机身设计及分析 　　　针对复合材料选材所应遵循的一般原则和各种要求，并结合飞机所面临的各种环境以及我国复合材料的现有水平，选择T300/QY8911 作为机身的材料进行后面进一步的结构设计，单层厚度为0.125mm，T300/QY8911 的材料性能如下表所示： 3.1.1复合材料机身原材料的选择 3.复合材料机身设计及分析 3.1.2复合材料机身蒙皮铺层设计 根据层合板设计的一般原则，并考虑蒙皮的受载情况，以此为依据来确定蒙皮的铺层设计。铺层的总厚度为1.5mm，因此可以确定铺层的总数为1.5/0.125=12，从而确定0、± 45 和90 铺层数分别为：2 层、4 层和6 层。 铺层选择为对称铺层，表面应用一组45/90/-45 来改善损伤容限和保持外表面层连续光滑，且相同的铺层不在一起，因此选择铺层顺序为[45/90/-45/90/0/90]。 3.复合材料机身设计及分析3.2复合材料机身结构分析 对复合材料机身的计算，采用与上一部分金属材料相同的载荷及约束形式，计算结果如图所示。