某型飛機后增壓框結構方案設計與分析

摘要：針對某型公務機后增壓框結構設計要求和結構特點，對比分析了兩種增壓框結構方案，通過綜合考慮設計、制造、使用維護等多個方面的因素，確定出了一個更佳的方案，并進行了結構設計。

關鍵詞：結構；增壓框；方案設計

緒論

現代民用飛機設計中，為了給旅客和機組人員提供舒適而安全的飛行環境，必須對客艙進行增壓。座艙增壓需要機身形成密閉的環境， 民用飛機機身近似圓形截面，其兩端的密封是結構設計重點關注的地方。機身前壓力端框一般采用平板式增壓框，后壓力端框通常采用球面框或平板框進行密封。某型公務機機身為密框少長桁的半硬殼式結構。在后壓力端框方案設計中，綜合考慮操縱系統、航電系統、環控系統等對結構設計的要求，同時為獲得一種結構效率較高的后壓力端框方案，設計了平板框結構和球面框結構兩種方案，綜合對比設計、制造和其它專業協調的影響，獲得了一個較優的后壓力端框結構方案。

1.設計要求

增壓框是機身的前后端框，將機身氣密區與非氣密區分開，其結構不僅需要滿足強度要求，還有滿足密封要求。根據中國民用航空規章CCAR23.365 條規定，飛機結構必須能承受氣密載荷（ΔP）的1.33 倍，再加上1.5倍的安全系數，因此氣密端框要承受2ΔP的靜載荷，同時增壓框各系統通過孔，連接區都要采用密封措施。

2.方案對比

為提高結構效率，獲得最優的結構方案，某型公務機后增壓框在初步設計階段共設計了兩種結構方案分別為：半球面框結構和平板框結構，如圖1所示。

半球面框結構主要由環框和球皮組成，平板框主要由平腹板、橫向加強件、縱向加強件、框緣及連接件組成。大曲率的半球形殼體通過薄膜應力來承擔壓力載荷，結構較輕便。而平板框需要有縱、橫向件來承受壓力載荷，因此結構相對較笨重，單獨從結構的角度來看，半球形殼體是一種理想的機身尾部封閉隔框。但某型公務機后機身外形收縮較快，當采用球面框結構時，不利于系統設備的布置，且系統通過孔加強較困難，同時由于空間較狹窄造成裝配和使用維護困難。此時采用平板框具有一定的優勢，首先，平板框前后空間較寬敞有利于系統設備的布置，且易于維護；其次，平板框上開各系統通過孔更容易加強；最后，平板框結構簡單更利于加工，制造成本更低。因此，綜合考慮裝配、制造和維護要求，雖然球面框有重量上的優勢，但仍然決定采用平板框結構方案。

3.結構設計

某型公務機后機身平板框結構由平腹板、框緣條和角材組成，同時蒙皮在增壓框前后分塊，在框緣上還布置了蒙皮對接帶板，典型剖面見圖2。由于平腹板不能承受面外載荷，因此平板框通常布置有縱向和橫向的加強筋來承受氣密壓力。考慮機身上下四根縱梁在增壓框前后斷開，將加強筋垂直布置，更有利于縱向載荷的傳遞，因此在平腹板背面布置7根縱向帽型加強筋用于承受增壓載荷。

其中47框為T型機加框，共分成三段，通過L型角材連接。平腹板基礎厚度為2.5mm，凹槽厚度為1.6mm，帽型筋條外緣條和腹板通過三面角合與T型框緣條和蒙皮連接。

4.總結

本文對比分析了球面框結構和平板框結構在某型飛機后增壓框設計時的優劣，在綜合考慮了設計、制造、使用維護等多個方面的因素后，決定選用平板框作為最終的結構方案，其雖然在重量上有一些劣勢，但綜合性能優于球面框，本文的研究結果對公務機后增壓框的結構方案設計具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]牛春勻.實用飛機結構應力分析及尺寸設計[M].北京：航空工業出版社，2009.

[2]《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第10冊：結構設計[M].北京：航空工業出版社，2000.

作者姓名：丁厚安（1987-），男 ，漢族，湖南攸縣人，中航通飛研究院有限公司，助理工程師，碩士，飛機結構設計方向。