飞机地板常用结构设计与传力分析

张卫文 张松林

上海飞机设计研究院，上海市浦东新区 201210

引言

飞机地板结构主要由地板骨架的纵梁、横梁和安装在骨架上的面板组成[1]。如图1所示。

图1 飞机客舱地板结构常用设计方案

横梁一般采用工字型挤压型材，横梁支持在框上。当地板上的单位设计载荷较大时，这些横梁要靠纵梁和垂直支柱来支撑。骨架的纵梁同时还可以作为安装和固定座椅的滑轨。而地板本身由多块壁板组成，它们用螺栓固定在骨架上。机身地板骨架又通过铰接接头固定在机身框上。

地板的面板一般是由上下面板和轻质芯材组成的夹层结构，芯材可以是泡沫塑料或其它材料，它们用特制肋条加强以提高刚度，这样的壁板通常是用专门的锁固定在骨架上。而有些地板沿纵梁通过位于纵梁下的宽垫片用螺栓将壁板固定在梁上，托板螺帽位于地板骨架上。

下图2为一个典型的运输机机身内部布置图。地板结构由地板壁板、纵梁、横向地板梁以及减小地板梁弯矩的底部垂直支柱组成，座舱地板上的座椅导轨（滑轨）不但起加强构件的作用，还能使座椅9g的紧急着陆向前撞击载荷。同时，客舱地板在设计时应考虑到：其能够承受下层货舱在飞行过程中突然出现大开口而产生的降压时，在地板结构上引起的压差载荷。

图2 典型的运输机机身内部布置

1 驾驶舱、机头地板结构与传力

驾驶舱地板由横梁、纵向加强件、金属板、复材面板组成；前服务舱地板由横梁、纵向加强件、复材面板组成。面板是复材，具有较好的弯曲刚度外，有较好的保温作用。

机头地板处于增压舱内部，在增压舱载荷作用下，一起与增压舱结构协调变形。主要载荷是驾驶舱和前服务舱内的质量块在应急着落中的惯性载荷，质量块与地板的连接都是通过接头连接，都是集中载荷。还要考虑增压舱突然出现孔洞引起泄压，各隔舱之间的压差载荷。

垂向集中载荷、侧向集中载荷传递给地板横梁，横梁将载荷传递给框（横梁搭接在框上），框以剪力的形式扩散给蒙皮。驾驶舱地板的航向集中载荷传递给纵向加强件，纵向加强件通过金属面板传递给两侧蒙皮。前服务舱的航向集中载荷传递给纵向加强件，纵向加强件与前机身滑轨相连，将载荷传递给前机身滑轨。

2 机身等直段地板结构与传力

前机身地板主要由横梁、支柱、滑轨、面板、支撑件、斜杆组成，其处于增压舱内部。在增压舱载荷、飞机各飞行和地面载荷作用下，与机身结构一起协调变形。这些情况下，地板组件上的载荷比较小。

而在在应急着陆情况下，其载荷较大。此时客舱舱内的座椅及乘客等质量块的惯性载荷传递给滑轨，垂向与侧向载荷传递给横梁。货舱内拦阻货物的拦阻网载荷传递给横梁或支撑结构，横梁将载荷传递给支柱及框。滑轨上的航向载荷传递给中机身滑轨，中机身滑轨固定在中央翼上壁板。

地板组件还要考虑增压舱突然出现孔洞引起泄压，各隔舱之间的压差载荷，该载荷与1g平飞载荷进行组合。

3 机身中段地板结构与传力

中机身气密地板纵梁一般为带有加筋的挤压型材组合件，如图3所示。通常情况下，其主要承受气密地板波纹板上增压舱载荷和客货载引起的垂向剪力与弯矩，以及飞行载荷引起的垂向弯矩和轴向载荷，因此，该纵梁均可按照带有加筋的弯剪组合梁结构进行强度分析。

图3 典型机身中段地板布置

对于中机身气密地板，增压舱载荷为其面外均布载荷，以纵梁与横梁加强件的交点或其中的结构特征点为节点，按照纵梁与横梁加强件的刚度将对应区域范围内的增压舱均布载荷简化为纵梁与横梁加强件上的节点集中载荷或节点之间的线分布载荷。而客货载为作用在滑轨上的面外多点集中载荷，也可按照纵梁各节点之间的刚度分配到纵梁上。

通过载荷简化后的纵梁结构受力模型如图4所示。图4中纵梁端点约束假定为简支状态，其真实约束条件要根据飞机结构的真实使用状态确定。图中的q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8为增压舱载荷简化到纵梁节点之间的线分布载荷；P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9为客货载简化到纵梁节点之间的集中载荷；Px为飞行载荷引起的轴向载荷，受拉为正值。受压为负值；M为飞行载荷引起的垂向弯矩。

图4 载荷简化后的纵梁结构受力模型示意图

根据以上受力模型，利用叠加原理，可以得到纵梁结构沿长度（跨度）方向的轴力、剪力和弯矩分布。

横向加强件一般也为挤压型材。主要承受气密地板波纹板上的增压舱载荷和客货载引起的垂直方向的剪力与弯矩。根据所处的部位不同，横向加强件可简化为带有加筋的弯剪组合梁结构和不带带有加筋的梁结构进行分析。对中型运输机来说，还需考虑突然泄压造成上、下舱的附加压差载荷。

飞机地板滑轨主要承受旅客座椅传递的垂向载荷，以及旅客座椅在应急着落中的航向惯性载荷，滑轨可简化为一个承受航向惯性载荷和在多支点承受集中垂向载荷的连续梁结构进行分析。

4 结束语

本文主要介绍了驾驶舱与机头地板、机身等直段地板、典型机身中段地板的结构及其传力分析。横梁主要承受垂向集中载荷、侧向集中载荷，纵向加强件主要承受驾驶舱内的质量块在应急着落中的航向惯性载荷。横梁和纵向加强件一般为挤压型材。在飞机设计中应根据结构的传力分析合理设计飞机的结构形式。

[1] 牛春云等.实用飞机结构工程设计.航空工业出版社，2008.