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飞机地板特性与面向制造设计

时间:2018-03-04 15:03:32    来源:互联网整理    作者:匿名  浏览次数:
[导语]   摘 要:飞机地板是飞机结构的重要组成部分,本文介绍了飞机地板设计要求,分析常用地板结构形式及存在的不足,提出面向制造的飞机地板设计思路和设计方法。关键词:面向制造;飞机地板;

摘 要:飞机地板是飞机结构的重要组成部分,本文介绍了飞机地板设计要求,分析常用地板结构形式及存在的不足,提出面向制造的飞机地板设计思路和设计方法。

关键词:面向制造;飞机地板;设计

中图分类号:TU276 文献标识码:A

1.飞机地板概述

飞机地板是飞机结构的重要部件,是飞机舱内人员、机载设备、货物支撑构件。飞机地板不仅承受人员、设备及货物和其他载荷,同时还参与机身总体受力,起落架舱上部地板和机身油箱上部地板还承受气密载荷。民机地板一般分为驾驶舱地板和客舱地板,军机地板一般分为驾驶舱地板及货舱地板或任务舱地板等。飞机地板是飞机载客或载货的平台,在飞机地板布置时尽量最大化地板面积。因此飞机地板已成了主要的结构件,所以飞机地板的设计充分考虑工艺性及装配效率。目前国内部分民机和军机地板设计还是采用传统的地板设计方法随着材料技术、制造技术和信息化技术的不断提高,地板设计技术也应该面向制造的设计方法,减少零件数量,减少装配连接件的数量。

2.飞机地板设计要求

飞机地板是飞机结构的一部分,是人员货物的支撑平台,同时参与飞机整体受力,因此飞机地板的设计应满足以下要求:

(1)地板面积最大化原则

飞机地板的布置,是指在飞机横截面中确定地板的相对位置。不论民机还是军机均是一件协调关系复杂且非常重要的事情。地板布置将飞机使用技术要求规定的各种载重、机载设备、任务系统等合理布置在机身内部,同时协调机身与机翼、尾翼、起落架等部件的协调关系,并保证它们的相对位置。运输机的地板布置充分考虑以上因素的同时兼顾了货物装卸方便性。地板布置是总体布局协调的重要环节,地板布置与飞机使用要求和技战术要求有着密切关系。地板布置,依据飞机尺寸,充分兼顾载客量、经济性、行李舱容积、飞机翼身连接形式等等多个因素。

(2)强度刚度要求

地板要承受人员货物载荷且参与飞机整体受力,军用飞机货运地板还具备空投空降,集中货物和散货运输功能,飞机地板必须具备满足强度刚度要求。

(3)工艺性要求

由于飞机地板面积较大,零件数量多,装配要素多,地板设计中应考虑工艺性,应采取模块化的设计方法。

(4)维修性要求

飞机地板下布置有行李舱、设备舱等舱及设备,因此飞机地板满足维修性要求。

3.飞机地板的常用结构形式分析

飞机地板一般在机身壁板的框为基准铺设。在地板上布置地板滑轨、系留环、各种检查、维护口盖。人员、座椅及设备、货物的惯性载荷通过地板纵梁、横梁及地板面板传到机身框及壁板上,地板上纵向盒形件对地板板面进行加强,以提高地板刚性,使作用在地板面板上的载荷能传至地板纵横梁上。

常用飞机地板一般分为地板骨架和地板面板。飞机地板骨架由地板横梁和纵梁组成。横梁由上缘条、下缘条、腹板及立柱组成。纵梁一般分为加强纵梁和普通型材纵梁。横梁在机身壁板的框缘上生根,常规设计每个框位均设计横梁。两个横梁之间铺设多个纵梁。横梁和纵梁的剖面设计根据载荷来确定。常用的横梁剖面有“工”字形,“”字形,部分民机采取“S”形板弯件地板横梁。常用纵梁剖面有“工”字形,“T”字形。横梁与机身框缘用螺栓和铆钉连接,横梁与纵梁之间通过角盒接头来连接。典型地板骨架如图1所示,典型横梁剖面如图2所示。

地板的面板一般分为金属板和复合材料面板。常用的金属面板有铝合金平板和铝合金方格板,厚度一般在1mm~1.5mm之间。复合材料面板一般采用夹层结构,两个面板之间夹泡沫塑料、轻质木材或其他加强材料。复合材料面板周围镶有金属或硬质塑料边条,用于复合材料地板的固定和安装。

4.面向制造的飞机地板设计

由于地板面积较大,传统的地板结构形式虽然能满足使用要求,但零件数量多,连接紧固件多,装配要求复杂,装配效率低。运8某飞机前段货舱地板为例,长度5m,面积18.7㎡的地板的零件项数为220项,零件件数460件,50多个规格的紧固件数量近2万件,地板在工装上装配周期约15天。

大面积使用型材铆接的地板结构是20世纪的设计思想,当时由于材料技术、零件制造技术的限制,只能采用拼接的方式。随着材料技术、制造技术和信息化技术的发展,飞机地板设计技术也有了长足的进步。先进的地板设计不仅满足强度刚度和使用维护要求外,还充分考虑制造可行性和装配快速性,也就是說充分考虑制造特性,即面向制造的地板设计技术。面向制造的地板设计有以下特点:

(1)用数字化传递数据

面向制造的设计技术是在数字化环境下,有效结合信息化技术、网络技术、自动化技术和光学检测与反馈技术,在设计初期充分考虑制零件制造,部件装配和符合性检测的要求,飞机装配过程中实现装配的数字化、柔性化、信息化、模块化和自动化,将传统的依靠手工或专用型架夹具的装配方式转变为数字化的装配方式,将传统装配模式下的模拟量传递模式改为数字量传递模式。

面向制造的设计技术在机械、汽车、医药行业应用比较早。在20世纪80年代诞生于西方航空发达国家。1994年欧盟提出“基于协作性多功能操作机器人的航空产品柔性装配系统”,其最终目的是实现数字化装配。

数字化装配技术从根本上改变了飞机制造方法。数字装配方法有效解决了传统制造方式的周期长、返工率高、质量低、精度低、风险大和成本高的问题,给飞机研制开辟了崭新的道路。

(2)结构零件高度融合

面向制造的设计技术,充分考虑零件成型与装配技术,同一个零件兼顾多个零件的作用。通过零件高度融合达到减少零件数量,减少制造装备数量,同时达到节约成本,缩短装备周期,提高装配精度。

洛克希德马丁公司牵头研制JSF战斗机的原型机时,采用数字化装配技术,使装配周期缩短67%,工装数量由350件减少至19件,成本降低了50%,出错率减少了80%,总装一次成功完成。

(3)加大“三化”设计

面向制造的设计技术注重“三化”。加大产品的模块化、系列化和通用化,尽量加大通用件和共享零部件。地板横梁零件应采取模块化设计。另外,零件剖面选择取、设计分离面的选取应充分考虑数字化装配工艺性。

结语

飞机地板设计是货运飞机和民机主要设计内容。随着网络技术、信息技术的发展,面向制造的设计已成了主要设计技术。面向制造的设计技术在欧美发达国家发展迅速并对各国的制造业产生了深远的影响。在后续飞机设计中研究和应用面向制造的设计技术,通过面向制造的设计技术加快产品研发速度,降低成本、提高质量,为企业发展做出更大的贡献。

参考文献

[1]王志瑾,姚卫星.飞机结构设计[M].北京:国防工业出版社,2004.

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