一种飞机复合材料球面框结构设计方法

标题：一种飞机复合材料球面框结构设计方法

摘要：本发明公开了一种飞机复合材料球面框结构设计方法，属于飞机气密框结构设计技术领域。包括：步骤一、设定球面框结构；步骤二、计算所述球面框气密载荷；步骤三、计算作用在环框上的挤压载荷、径向载荷以及轴向载荷；步骤四、计算所述规则球皮的半径、高度以及初步厚度；步骤五、计算所述规则球皮的面积和初步重量；步骤六、计算所述规则球皮的子午圈角；步骤七、选定所述规则球皮的层合板类型；步骤八、确定准各项层合板的层数；步骤九、确定每个层合板中球皮铺层的数量；步骤十、计算所述规则球皮的最终厚度及最终重量；步骤十一、计算加强筋的设计参数；步骤十二、计算环框腹板厚度；步骤十三、建立有限元模型，对环框进行结构优化。

申请号：CN201711230969.8

申请日：2017/11/29

申请人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所

首项权利要求：1.一种飞机复合材料球面框结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、设定球面框包括：规则的球皮(1)以及用于飞机蒙皮与球皮连接的环框(2)，所述规则球皮表面均布设置有加强筋(3)；
步骤二、计算所述球面框气密载荷，公式如下：
P＝101325(1-2.2558×10-5×Hp)5.2559 (1)
ΔP＝Pcabin-Pceiling (2)
P’＝2ΔP (3)
其中，P为压强，Hp为飞行高度，ΔP为客舱压力差，Pcabin为机身内部压强，Pceiling为飞行过程中机身外部压强，P’为设计时使用的气密载荷；
步骤三、计算作用在环框上的挤压载荷FBR、径向载荷NBR以及轴向载荷N1；
其中，
为球面框球皮的子午圈角，子午圈角的定义为球皮与球面框框平面的夹角，R为球面框球皮的半径，RC为飞机机身的半径；
步骤四、计算所述规则球皮的半径R、高度H以及初步厚度t；
其中，ft是球皮的切向应力；
是球皮的环向应力；作为复合材料球面框，在结构初步设计时取
t是球面框球皮的厚度；
步骤五、计算所述规则球皮的面积S和初步重量m；
S＝2πRH (10)
步骤六、计算所述规则球皮的子午圈角；
其中，ρ为材料密度；
步骤七、选定所述规则球皮的层合板类型；
根据规则球皮承受双向拉伸膜应力，球皮层合板选取对称均衡层合板+准各项同性层合板；
步骤八、确定准各项层合板的层数；
α＝π/N (13)
步骤九、确定每个层合板中球皮铺层的数量；
其中，np最终取值为4的倍数；
步骤十、计算所述规则球皮的最终厚度tfinal及最终重量M；
tfinal＝np×tply (15)
M＝2πRcHctfinalρ (16)
步骤十一、计算加强筋的设计参数；
其中，aratio∈[1822]and bratio∈[68]；
ts＝tskin
hs＝bw＝aratio×ts
bf＝bratio×ts
bc＝bw-2t
θ＝60°
步骤十二、计算环框腹板厚度；
其中，
tp为环框腹板厚度，a为简化固支板的长度，b为简化固支板的宽度，n为长度与宽度的比值，E为材料弹性模量，σα为材料许用应力；
步骤十三、建立有限元模型，对环框进行结构优化，调整环框腹板厚度和立筋的位置，保证球面框球皮应力处处相同。

专利类型：发明申请