[發明專利]一種用于改進飛機適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元

在審

• 申請號: 201811249867.5
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109455290A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 馮振宇;牟浩蕾;解江;鄒田春;毛可毅;陳琨;李翰;鄒君
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: B64C1/00
• 分類號: B64C1/00;B64C1/20
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

一種用于改進飛機適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元。其包括上面板、下面板、多個復合材料薄壁方管和泡沫材料層；本發明效果：上、下面板采用高強度鋁合金或碳纖維/環氧樹脂復合材料，置于上、下面板之間的復合材料薄壁方管采用碳纖維或玻璃纖維復合材料，因此吸能結構單元與同體積的金屬吸能結構單元相比，付出的重量代價相對較小，能夠減輕飛機負載，提高經濟性能。在墜撞過程中，復合材料薄壁方管沿著四個頂角產生開裂現象，層束發生彎曲和分層等失效，最終以層束彎曲失效模式(張開模式)壓潰的形式吸收大部分能量。

技術領域

本發明屬于航空器復合材料機身結構設計技術領域，具體涉及一種用于改進飛機適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元。

背景技術

民用飛機運營的首要要求即是安全性。自20世紀90年代以來，雖然民用運輸飛機的事故率在逐漸降低，但因運營時間以及乘員數目快速遞增，航空事故總數及被定級為災難性后果的事故數并沒有顯著減少。70％以上的民用飛機事故發生在飛行高度較低的起飛、降落階段，屬于可生存事故的范疇。為了提高在可生存墜撞事故中的乘員存活率，在飛機結構設計過程中必須考慮適墜性，以充分吸收墜撞過程中產生的動能，并保證墜撞過程中乘員承受的沖擊載荷在人體耐受極限范圍之內。因此近年來，飛機結構適墜性研究越來越受到各航空大國的重視。

提高飛機結構適墜性是解決墜撞導致乘員傷亡的主要途徑，而貨艙地板下部結構是飛機結構適墜性設計的關鍵部位之一。飛機結構適墜性設計的一條基本原則就是可以犧牲機身非重要結構，以使其破壞(壓潰)來換取乘員的生存。通常情況下，這一目標是通過控制客艙地板及機身下腹部結構的塑性變形來實現的。嚴格地說，各種能量耗散措施應該集中布置在機身龍骨梁框架中，以便將機身結構的塑性大變形限制在客艙地板下部區域，從而最大限度地滿足乘員可生存空間要求。在某些特定的工況(如緊急著陸)下，已有的結構很難吸收全部墜撞能量，因此就需要在機腹結構設計特殊的吸能元件作為能量耗散裝置。設計良好的吸能裝置，可以提高飛機的適墜性。

國際上已對吸能結構/吸能裝置展開了研究，歐美航空界在吸能結構方面開展了大量工作。德國宇航中心DLR提出了一種由塑性鉸和吸能結構件組成的地板下部吸能結構概念。針對直升機地板下部結構，荷蘭國家空間實驗室NLR設計并制造了一種以波紋板為主要吸能元件的地板下部吸能結構。美國NASA Langley研究中心和FAA對復合材料機身段的適墜性進行了較為深入的研究，提出了4種不同的地板下部吸能結構形式：桿系結構、夾芯板結構、泡沫填充結構和管狀結構。波音公司針對復合材料運輸類飛機提出了復合材料薄壁C型柱的貨艙地板下部結構。

我國現有的機身單元設計中，主要將金屬薄壁等吸能結構置于飛機貨艙地板下部，在機體墜撞過程中，利用金屬的塑性變形來吸收墜撞沖擊能量。金屬吸能結構不僅能量損耗率不高，而且需付出較大的重量代價。

因此，有必要設計開發一種新型的、吸能效率高的、能夠改進飛機結構適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種用于改進飛機適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元。

為了達到上述目的，本發明提供的用于改進飛機適墜性的貨艙地板下部吸能結構單元包括上面板、下面板、多個復合材料薄壁方管和泡沫材料層；所述的上面板和下面板位于上下兩側，其中上面板的底面等間距設有多個上部凸臺；下面板的表面等間距設有多個下部凸臺，并且多個上部凸臺的位置分別與多個下部凸臺的位置相對應；多個復合材料薄壁方管等間距設置在上面板和下面板之間且中心軸垂直于上面板和下面板，并且每個復合材料薄壁方管的上下端口內部分別插入一個上部凸臺和一個下部凸臺；泡沫材料層設置在復合材料薄壁方管的外側四周。

所述的復合材料薄壁方管由0°、±45°和90°方向鋪設的多層碳纖維或玻璃纖維層合而成，下端口具有45°內倒角，上端口無倒角。

所述的上部凸臺的外端邊緣無倒角，下部凸臺的外端邊緣具有弧形倒角。