一种舵面壁板结构构型确定方法技术

本发明专利技术属于结构强度分析技术领域，具体涉及一种舵面壁板结构构型确定方法。本发明专利技术在一定的设计空间内，创造性地运用轴向压缩稳定性限制及扭转剪切稳定性限制约束条件对壁板进行重量最轻化结构构型设计，给出了两种构型重量一致的翼型高度阀值，为飞机舵面壁板构型确定提供依据。定提供依据。定提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种舵面壁板结构构型确定方法


[0001]本专利技术属于结构强度分析
，具体涉及一种舵面壁板结构构型确定方法。

技术介绍

[0002]舵面壁板结构是飞机结构中的主承力结构，其构型形式直接决定了飞机结构重量大小。以往确定舵面壁板结构构型采用相似型号对比的工程经验方法，对壁板构型确定具有一定的不确定性，本专利以壁板结构重量最小化为目标，形成一套舵面壁板结构构型的确定分析方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的：本专利技术提供一种舵面壁板结构构型确定方法，得到满足约束条件的最轻化壁板构型形式。
[0004]本专利技术的技术方案：提供一种舵面壁板结构构型确定方法，所述舵面壁板1连接于前后侧梁2和两侧肋3之间，舵面壁板1、前后梁2和肋3构成盒体结构；所述舵面壁板结构构型确定方法包括：
[0005]步骤1：盒体结构受力分析：确定出弯曲载荷M`作用下，上、下的舵面壁板1的拉伸正应力、压缩正应力实现平衡，扭转载荷T由盒式封闭结构形成的一圈剪流实现平衡；根据盒体结构受力分析，选用两种构型形式的舵面壁板，分别为复材层压板的舵面壁板、夹芯结构的舵面壁板。
[0006]步骤2：扭转载荷下的两种构型壁板工作应力分析：基于盒体结构的受力形式，确定扭转载荷T下盒体结构舵面壁板的扭转剪应力；
[0007]步骤3：弯曲载荷下的两种构型壁板工作应力分析；基于盒体结构的受力形式，确定弯曲载荷M下盒体结构舵面壁板的弯曲压缩正应力；
[0008]步骤4：基于舵面壁板1的尺寸参数，确定舵面壁板1的许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力；
[0009]步骤5：根据得出的扭转剪应力、弯曲压缩正应力、许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力，以轴压稳定性裕度、剪切稳定性裕度为约束条件，确定不同翼型高度下两种构型下舵面壁板的重量曲线；根据重量曲线，再以壁板结构重量最轻化为目标，确定不同翼型高度下舵面壁板的构型；翼型高度是指上、下舵面壁板1之间的高度。
[0010]进一步地，复材层压板的舵面壁板、夹芯结构舵面壁板的工作扭转剪应力τ的计算公式：
[0011]τ＝T/2Ωt
[0012]其中，Ω为盒体截面中线所围面积，τ为舵面壁板承受的扭转工作剪应力，T为舵面盒体所受扭矩；t为舵面壁板厚度。
[0013]进一步地，当壁板构型为复材层压板时，盒体截面中线所围面积：
舵面复材层压板壁板厚度t＝t7；
[0014]当壁板构型为夹芯结构时，盒体截面中线所围面积：舵面夹芯层压板壁板厚度t＝t1+t2；
[0015]其中Ω1、Ω2分别是复材层压板的舵面壁板盒体截面中线所围面积、夹芯舵面壁板盒体截面中线所围面积，H1、H2分别是复材层压板的舵面壁板高度、夹芯舵面壁板高度，B1、B2分别是复材层压板的舵面壁板宽度、夹芯舵面壁板宽度，L1、L2分别是复材层压板的舵面壁板长度、夹芯舵面壁板长度；t1、t2、t3、t4是夹芯上舵面壁板外面板厚度、夹芯上舵面壁板内面板厚度、夹芯下舵面壁板外面板厚度、夹芯下舵面壁板内面板厚度，h1、h2分别是，t5、t6是夹芯舵面壁板对应前梁、后梁厚度，t7、t8分别是复材层压板的上、下舵面壁板厚度，t9、t10分别是复材层压板的舵面壁板对应前梁、后梁厚度，h1、h2分别是夹芯上、下舵面壁板芯子厚度。
[0016]进一步地，步骤3中，舵面壁板结构工作弯曲压缩正应力的计算公式为σ＝E
st
M/EI；
[0017]其中，当壁板构型为复材层压板时，弯曲刚度EI的计算公式为，
[0018][0019]当壁板构型为夹芯结构时，弯曲刚度EI的计算公式为，
[0020]EI＝E1I1+E2I2+E3I3
[0021][0022][0023][0024]其中，M为盒体结构承受弯矩，E
st
为舵面壁板等效拉伸弹性模量，E1、E2、E3分别是夹芯舵面壁板外面板等效拉伸弹性模量、夹芯舵面壁板芯子等效拉伸弹性模量、夹芯舵面壁板内面板等效拉伸弹性模量，E1I1、E2I2、E3I3分别是是夹芯舵面壁板外面板弯曲刚度、夹芯舵面壁板芯子弯曲刚度、夹芯舵面壁板内面板弯曲刚度。
[0025]进一步地，步骤4中，许用扭转剪应力的计算公式为：
[0026][0027]许用弯曲剪应力的计算公式为：
[0028][0029]其中，D
11
、D
12
、D
22
、D
66
为舵面壁板对比复材层压板的弯曲刚度系数，a、b、t为舵面壁板的长、宽和厚度系数；m为舵面壁板复材层压板的方向失稳半波，K
s
为剪切失稳系数。
[0030]进一步地，步骤5中，舵面壁板轴压稳定性裕度：
[0031][0032]其中，[σ]为许用弯曲压缩应力，σ为工作弯曲压缩应力。
[0033]7、根据权利要求6所述的舵面壁板结构构型确定方法，其特征在于，步骤5中，舵面壁板剪切稳定性裕度：
[0034][0035]其中，[τ]为许用扭转剪应力，τ为工作扭转剪应力。
[0036]进一步地，步骤5中，根据重量曲线，得到两种构型重量一致的翼型高度阀值，根据实际的翼型高度与翼型高度阀值的比较，确定选用哪种构型。
[0037]本专利技术的技术效果：在一定的设计空间内，创造性地运用轴向压缩稳定性限制及扭转剪切稳定性限制约束条件对壁板进行重量最轻化结构构型设计，给出了两种构型重量一致的翼型高度阀值，为飞机舵面壁板构型确定提供依据。
附图说明
[0038]图1为舵面壁板盒体结构受力示意图；
[0039]图2为夹芯结构的舵面壁板结构示意图；
[0040]图3为舵面复材层压板结构示意图；
[0041]图4为舵面壁板盒体结构截面中线所围面积示意图；
[0042]图5为舵面壁板扭转剪切应力受力图；
[0043]图6为夹芯结构的盒体截面参数图；
[0044]图7为舵面壁板弯曲压缩正应力受力图；
[0045]图8为复材层压板的盒体截面参数图；
[0046]图9为不同翼型高度两种构型壁板弯曲刚度差值图；
[0047]图10为不同翼型高度两种构型壁板重量图。
具体实施方式
[0048]已知某飞机舵面盒体结构，主要由舵面壁板1、连接于前后侧梁2及两侧肋3组成，各个件组合形成封闭盒体结构，盒式结构主要承受面内弯矩M、扭矩T，见图1。
[0049]a)对图1操纵面盒式结构进行受力分析：
[0050]弯矩M作用下，由舵面上下壁板拉压平衡，扭矩T由盒体封闭结构平衡；舵面壁板在盒体结构中为关键受力件，可以设计复材层压板的舵面壁板、夹芯结构的舵面壁板，见图2、图3。
[0051]b)扭转载荷下的壁板扭转剪切裕度分析
[0052]扭矩T作用下，壁板承受的工作扭转剪应力τ＝T/2ΩtΩ为盒式壁室面积，见图4所示，t为壁板面积。
[0053]当壁板构型为复材层压板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种舵面壁板结构构型确定方法，所述舵面壁板(1)连接于前后侧梁(2)和两侧肋(3)之间，舵面壁板(1)、前后梁(2)和肋(3)构成盒体结构，其特征在于，所述舵面壁板结构构型确定方法包括：步骤1：盒体结构受力分析：确定出弯曲载荷M作用下，盒体结构上、下的舵面壁板(1)的拉伸正应力、压缩正应力实现平衡，扭转载荷T由盒式封闭结构形成的一圈剪流实现平衡；根据盒体结构受力分析，选用两种构型形式的舵面壁板，分别为复材层压板的舵面壁板、夹芯结构的舵面壁板。步骤2：扭转载荷下的两种构型壁板工作应力分析：基于盒体结构的受力形式，确定扭转载荷T下盒体结构舵面壁板的扭转剪应力；步骤3：弯曲载荷下的两种构型壁板工作应力分析；基于盒体结构的受力形式，确定弯曲载荷M下盒体结构舵面壁板的弯曲压缩正应力；步骤4：基于舵面壁板(1)的尺寸参数，确定舵面壁板(1)的许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力；步骤5：根据得出的扭转剪应力、弯曲压缩正应力、许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力，以轴压稳定性裕度、剪切稳定性裕度为约束条件，确定不同翼型高度下两种构型下舵面壁板的重量曲线；根据重量曲线，再以壁板结构重量最轻化为目标，确定不同翼型高度下舵面壁板的构型；翼型高度是指上、下舵面壁板(1)之间的高度。2.根据权利要求1所述的舵面壁板结构构型确定方法，其特征在于，复材层压板的舵面壁板、夹芯结构舵面壁板的工作扭转剪应力τ的计算公式：τ＝T/2Ωt其中，Ω为盒体截面中线所围面积，τ为舵面壁板承受的扭转工作剪应力，T为舵面盒体所受扭矩；t为舵面壁板厚度。3.根据权利要求2所述的舵面壁板结构构型确定方法，其特征在于，当壁板构型为复材层压板时，盒体截面中线所围面积：舵面复材层压板壁板厚度t＝t7；当壁板构型为夹芯结构时，盒体截面中线所围面积：舵面夹芯层压板壁板厚度t＝t1+t2；其中Ω1、Ω2分别是复材层压板的舵面壁板盒体截面中线所围面积、夹芯舵面壁板盒体截面中线所围面积，H1、H2分别是复材层压板的舵面壁板高度、夹芯舵面壁板高度，B1、B2分别是复材层压板的舵面壁板宽度、夹芯舵面壁板宽度，L1、L2分别是复材层压板的舵面壁板长度、夹芯舵面壁板长度；t1、t2、t3、t4是夹芯上舵面壁板外面板厚度、夹芯上舵面壁板内面板厚度、夹芯下舵面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑茂亮，殷迪，宋晓鹤，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：