受气密载荷的平面加筋壁板结构设计研究

邱鑫

【摘 要】本文探讨了民用飞机结构设计中承受气密载荷的加筋壁板的关键参数如何设定。

【关键字】气密载荷；加筋壁板

中图分类号： V223 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.038

【Abstract】This paper discusses how to set the key parameters of stiffened panels subjected to sealing loads in the structural design of civil aircraft.

【Key words】Sealing load； Stiffened panel

0 引言

加筋板包括组合式和整体式两类，随着工艺水平的提升，机加的成本下降，重量更轻的整体式加筋板得到了更广泛的应用。本文仅对布置在气密面上的平面整体式加筋板设计进行分析，如前起落架舱的左右侧壁板、上壁板（如图1）、前后端框和中央翼前气密隔框等。

1 设计准则

在气密载荷作用下，腹板的最大应力和筋条的最大应力不超过许用值。

2 设计目标

在满足强度和功能性要求的前提下，使结构重量尽可能的小。

3 关键参数分析

气密载荷作用下平面加筋板设计主要考虑3个方面：

A.腹板厚度t；

B.加强筋布置；

C.加强筋截面。

如图2所示，加强筋的布置实质是设定腹板格子的大小，即长边a和短边b；

机加加强筋截面可设计成矩形或T字型，矩形截面如图3所示，筋条高度为h，筋条厚度为tb。

T字型截面如图4所示。矩形截面的加工较为简单，应用更为广泛。

3.1 腹板分析

平面气密加筋板的腹板可简化为薄板来进行力学分析，薄板的力学属性介于厚板和膜板之间，总应力为薄膜应力和弯曲应力之和。

当薄板的边界为简支且a/b≥2或边界固支a/b≥1.5时，压力系数与板的变形δ、最大薄膜应力fd及最大总应力f的关系如图5所示，其中最大应力出现在长边的中间点上。

因加筋板内的筋条两侧腹板是对称的，故每一格腹板可以看作为边界固支，对应图5中的总应力f（固支边）曲线可以看出腹板上的最大应力取决于腹板的短边b。腹板的总应力应小于许用应力，即

f≤σmax（1）

按材料的许用应力，查图5可计算出腹板厚度t与筋条间距b的关系。

3.2 加强筋分析

加强筋可按照受均布载荷的两端固支的梁来分析，每段筋条受到的均布载荷为两侧的腹板上的气密载荷的一半相叠加，即等于一格腹板受到的气密载荷。以长边的加强筋为例，压差为p，则每格腹板受到的气密载荷为pab，每根筋根据材料的许用应力可计算出立筋的高度h、厚度tb与腹板格子大小的关系。

3.3 综合分析

对平板重量影响最大的是板的厚度，在满足工艺能力、疲劳性能的前提下，应尽量降低板的厚度；腹板厚度和材料许用应力决定腹板短边长度的最大值；腹板的长边、短边的设定和材料许用应力决定立筋截面的最小惯性矩。

3.4 算例分析

以前起舱上壁板为例，按当前工艺能力，建议机加腹板厚度最小值t=1.2mm，即0.047in，铝合金材料的E=10.3×106lbf/in2，极限气密载荷p=20lbf/in2，材料许用应力取400MPa；

若短边b取100mm，即3.94in，计算压力系数：

短边设定为100mm，与框站位对应的组合式加强立柱的间距a=240mm，材料许用应力取400MPa，代入公式（6）计算：

tbh2=1030

按目前机加工艺能力，筋条厚度不小于2mm，可得h至少為22.7mm可满足要求。

【参考文献】

[1]牛春匀.实用飞机结构应力分析及尺寸设计[M].北京：北京航空工业出版社，2009.