一種飛機(jī)整體油箱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種飛機(jī)整體油箱結(jié)構(gòu)，含有復(fù)合材料制作的多個(gè)油箱內(nèi)膽、前梁、后梁以及上壁板和下壁板，油箱內(nèi)膽位于上壁板和下壁板之間，前梁和后梁分別連接著上壁板和下壁板的前緣和后緣，油箱內(nèi)膽之間相鄰壁膠接成機(jī)翼的結(jié)構(gòu)肋，所述的油箱內(nèi)膽是利用復(fù)合材料預(yù)制的密封容器，油箱內(nèi)膽的外壁分別與相鄰的上壁板、下壁板、前梁、后梁之間膠接固化。
【專利說明】一種飛機(jī)整體油箱結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，具體是復(fù)合材料制造的機(jī)翼整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)的機(jī)翼整體油箱是利用機(jī)翼結(jié)構(gòu)形成的密封空間儲(chǔ)存燃油的裝置，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能有效利用機(jī)翼空間，降低機(jī)翼載荷，是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中主要的油箱結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)有的機(jī)翼整體油箱充分利用了結(jié)構(gòu)本身形成的封閉空間加以密封，達(dá)到了既能儲(chǔ)存燃油，又能提供飛機(jī)升力的目的，省去了軟油箱的重量。現(xiàn)代整體油箱以金屬結(jié)構(gòu)整體油箱為主，部分飛機(jī)整體油箱少量使用復(fù)合材料。由于復(fù)合材料具有重量輕，強(qiáng)度、剛度好的優(yōu)越性能，在飛機(jī)上的使用率越來越高。機(jī)翼整體油箱關(guān)鍵技術(shù)在于密封儲(chǔ)存燃油，承受燃油系統(tǒng)需要的壓力，同時(shí)，它又是提供飛機(jī)升力的重要結(jié)構(gòu)，承擔(dān)飛機(jī)飛行的全部升力需求。目前，先進(jìn)長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)均采用全復(fù)合材料機(jī)翼，大展弦比，短粗機(jī)身設(shè)計(jì)。采用復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)減輕飛機(jī)重量，短粗機(jī)身又要容納大量的控制、偵查、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備，機(jī)身內(nèi)部幾乎沒有燃油儲(chǔ)存空間，全復(fù)合材料機(jī)翼整體油箱是最終必然的設(shè)計(jì)選擇。國內(nèi)多家單位均在開發(fā)該項(xiàng)目，還未有成功。究其原因，一是未利用好復(fù)合材料的性能，直接照搬以前機(jī)翼整體油箱設(shè)計(jì)，采用型架裝配的方法，裝配難度大，不易保證裝配精度；二是按以往整體油箱設(shè)計(jì)方法，主要受力結(jié)構(gòu)件保證油箱油密、氣密要求，增加整體裝配精度及結(jié)構(gòu)剛性要求，需要設(shè)計(jì)特殊的密封結(jié)構(gòu)，制造要求高，可承擔(dān)變形能力小，而飛機(jī)飛行過程中機(jī)翼變形是不可避免的，以現(xiàn)有的復(fù)合材料制造技術(shù)困難較多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述設(shè)計(jì)技術(shù)的不足而提出一種新的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)既能滿足飛機(jī)使用要求，同時(shí)可以按照現(xiàn)有復(fù)合材料加工制造能力完成的全復(fù)合材料機(jī)翼整體油箱。
[0004]一種飛機(jī)整體油箱結(jié)構(gòu)，其特征在于含有復(fù)合材料制作的多個(gè)油箱內(nèi)膽、前梁、后梁以及上壁板和下壁板，油箱內(nèi)膽位于上壁板和下壁板之間，前梁和后梁分別連接著上壁板和下壁板的前緣和后緣，油箱內(nèi)膽之間相鄰壁膠接成機(jī)翼的結(jié)構(gòu)肋，所述的油箱內(nèi)膽是利用復(fù)合材料預(yù)制的密封容器，油箱內(nèi)膽的外壁分別與相鄰的上壁板、下壁板、前梁、后梁之間膠接固化。
[0005]上述的飛機(jī)整體油箱，在油箱內(nèi)膽與上壁板、下壁板之間分別有一層彈性填充層。
[0006]上述的飛機(jī)整體油箱，在油箱內(nèi)膽之間還有用復(fù)合材料預(yù)制的加強(qiáng)肋。
[0007]上述的飛機(jī)整體油箱，在油箱內(nèi)膽之間還有用復(fù)合材料預(yù)制的加強(qiáng)梁。
[0008]上述的油箱內(nèi)膽由復(fù)合材料三維編織而成，根據(jù)每個(gè)油箱內(nèi)膽在機(jī)翼的位置和功能以及采取的供油方式，設(shè)置有必要的進(jìn)油口、出油口、交叉輸油孔、通氣孔及其相關(guān)裝置的安裝位置。相鄰的油箱內(nèi)膽之間直接貼合，形成普通肋或形成加強(qiáng)肋。機(jī)翼的前梁、后梁、加強(qiáng)梁由復(fù)合材料編織或采用模具壓制而成，根據(jù)燃油系統(tǒng)需要設(shè)置與油箱內(nèi)膽相通的燃油通過孔，及相關(guān)裝置的安裝位置。機(jī)翼上下壁板采用復(fù)合材料蜂窩板，隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展還會(huì)有更好的方式如柵格結(jié)構(gòu)板等。最后，用彈性填充層(通常是海綿軟墊)填充油箱內(nèi)膽與上下壁板之間間隙，形成軟夾層的防沖擊結(jié)構(gòu)。用復(fù)合材料墊板填充普通肋、力口強(qiáng)肋、油箱以及各梁之間的間隙，增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度，使整個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整的受力件。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]I)由復(fù)合材料制造的油箱內(nèi)膽，有利于保證油箱油密和氣密要求，給機(jī)翼結(jié)構(gòu)選材用膠提供了更大的空間，復(fù)合材料油箱內(nèi)膽的主要功能是儲(chǔ)存燃油，保證油箱的密封，肋與肋之間密封更可靠，選材用膠傾向于耐燃油腐蝕，可以做耐油防腐處理；結(jié)構(gòu)選材用膠主要傾向于高強(qiáng)度，可以充分利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，有利于發(fā)揮復(fù)合材料最大強(qiáng)度，符合復(fù)合材料失效原理，最大限度保證油箱使用功能；
[0011]2)采用成型蜂窩芯板制造機(jī)翼上下壁板代替以往金屬長(zhǎng)桁鉚接蒙皮結(jié)構(gòu)，即可滿足上下機(jī)翼壁板抗彎、抗剪受力要求，簡(jiǎn)化上下壁板結(jié)構(gòu)，更符合復(fù)合材料制造特點(diǎn)，可使油箱下表面平整，有利于減少油箱余油，提高燃油利用率。同樣道理正交格柵壁板也可采用(正交格柵壁板更適于大型飛機(jī)機(jī)翼整體油箱)；
[0012]3)飛機(jī)載油系數(shù)通常在30%?60%，燃油的重量、重心變化直接影響飛機(jī)的飛行控制安全(載油系數(shù)既燃油占飛機(jī)總重量之比)。復(fù)合材料油箱內(nèi)膽的設(shè)計(jì)，有利于實(shí)現(xiàn)油箱分組設(shè)計(jì)，控制飛機(jī)燃油消耗重心變化，保證油箱組與組之間的密封。該特點(diǎn)對(duì)機(jī)翼翼展在15米以上，展弦比大于15的無人機(jī)燃油系統(tǒng)非常有利(由于分布在機(jī)翼的燃油距飛機(jī)重心遠(yuǎn)，大翼展大展弦比機(jī)翼的整體油箱必須分組控制)。支持機(jī)翼增加工藝分離面分段，可以在盡可能長(zhǎng)的翼展范圍部置油箱，有利于提高飛機(jī)載油系數(shù)，進(jìn)而增加飛機(jī)有效航程;
[0013]4)采用復(fù)合材料油箱內(nèi)膽，支持機(jī)翼分段制造，支持多梁機(jī)翼結(jié)構(gòu)，由于油箱與油箱之間密封好，在局部油箱受損時(shí)，其他油箱不受影響。飛機(jī)整體抗毀傷能力強(qiáng)；
[0014]5)采用復(fù)合材料油箱內(nèi)膽，在油箱與上下壁板之間可以添加海綿軟襯墊(也可根據(jù)技術(shù)發(fā)展添加其他材料襯墊)，可使整體油箱具備有以前軟油箱的防彈功能。這種結(jié)構(gòu)類似防彈軟油箱，當(dāng)小口徑子彈擊中油箱時(shí)，由于海綿軟襯墊的作用，油箱會(huì)先向內(nèi)變形，繼而開膠，拉長(zhǎng)抽絲斷裂，彈孔會(huì)逐漸縮小，子彈通過后，被帶出的海綿基復(fù)合材料會(huì)被油箱內(nèi)壓力壓回彈孔，阻止燃油外流，從而改變以往整體油箱不防彈，怕沖擊的弱點(diǎn)。以往飛機(jī)油箱分組依賴?yán)吲c長(zhǎng)桁之間密封實(shí)現(xiàn)，肋與長(zhǎng)桁之間由于裝配方法的原因，不能實(shí)現(xiàn)完全密封，同時(shí)作為油箱下壁的機(jī)翼壁板不具有緩沖能力，受到?jīng)_擊后會(huì)產(chǎn)生裂紋，并由于受飛行氣動(dòng)力影響會(huì)逐步擴(kuò)大，進(jìn)而使油箱失去儲(chǔ)存燃油的功能。
[0015]6)采用復(fù)合材料油箱內(nèi)膽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了制造過程，由于復(fù)合材料油箱內(nèi)膽具有固定的形狀和一定的剛性，在裝配制造過程中可起到定位作用，即用油箱上下前后面分別定位梁、上下壁板，簡(jiǎn)化膠接裝配，同時(shí)避免由于結(jié)構(gòu)受力件變形引起的漏油。
[0016]機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)形式早有定論，本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于利用油箱內(nèi)膽，改善了油箱整體密封，利用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度改善整體油箱的耐壓特性；其原理類似于自行車輪胎或火炮炮筒的內(nèi)襯管，充分發(fā)揮材料性能，內(nèi)膽參與結(jié)構(gòu)中受力，降低了飛機(jī)重量；利用內(nèi)膽剛性，定位膠接，改變了以往機(jī)翼必須通過型架裝配保證的工藝方法，采用膠合夾具裝配，更符合復(fù)合材料加工特性，節(jié)省工時(shí)提高效率；
[0017]以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)該申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述:

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1整體油箱在飛機(jī)位置示意
[0019]圖2整體油箱縱向剖面示意
[0020]圖3整體油箱橫向剖面示意
[0021]圖4普通肋結(jié)構(gòu)示意
[0022]圖5加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)示意
[0023]圖6是具有雙列油箱內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)示意
[0024]圖7加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)示意
[0025]圖8整體油箱膠接示意
[0026]圖中編號(hào)名稱:1機(jī)身、2整體油箱、3上壁板、4后梁、5填充層、6油箱內(nèi)膽、7下壁板、8加強(qiáng)肋、9前梁、10加強(qiáng)梁、11夾具

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對(duì)本發(fā)明做任何限制的依據(jù)。
[0028]飛機(jī)的整體油箱2也稱為機(jī)翼翼盒，固定在飛機(jī)機(jī)身I上。該整體油箱結(jié)構(gòu)，含有復(fù)合材料制作的多個(gè)油箱內(nèi)膽6、前梁9、后梁4以及上壁板3和下壁板7，油箱內(nèi)膽6位于上壁板3和下壁板7之間，前梁9和后梁4分別連接著上壁板3和下壁板7的前緣和后緣，油箱內(nèi)膽6之間還有用復(fù)合材料預(yù)制的加強(qiáng)肋8，所述的油箱內(nèi)膽6是利用復(fù)合材料預(yù)制的密封容器，油箱內(nèi)膽6的外壁分別與相鄰的上壁板3、下壁板7、前梁9、后梁4之間膠接固化。
[0029]以下結(jié)合上面介紹對(duì)本發(fā)明制造細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述。本發(fā)明是結(jié)合軟油箱與整體油箱特點(diǎn)產(chǎn)生的一種新的設(shè)計(jì)，因此具有兩者各自優(yōu)點(diǎn)，采用復(fù)合材料內(nèi)膽，相當(dāng)擁有一個(gè)軟油箱，它承擔(dān)燃油儲(chǔ)存密封功能，由于它具有剛度強(qiáng)度，并與結(jié)構(gòu)件膠接在一起，無需像軟油箱使用撐框保證外形，同時(shí)可以像整體油箱一樣承擔(dān)結(jié)構(gòu)部分載荷，在加工和裝配中起定位作用。
[0030]在油箱內(nèi)膽與上壁板3、下壁板7之間分別有一層彈性填充層5。其他間隙采用復(fù)合材料墊板或復(fù)合材料纖維填充。
[0031]根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)需要，不同位置機(jī)翼結(jié)構(gòu)肋強(qiáng)度有不同的要求，因此，設(shè)計(jì)有普通肋，加強(qiáng)肋兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示，普通肋結(jié)構(gòu)由兩側(cè)油箱內(nèi)膽6外壁直接貼合形成，沒有其他加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該膠接結(jié)構(gòu)相貼合處如有高度不足的間隙，必須采用復(fù)合材料墊板補(bǔ)齊，過度圓角形成的空隙應(yīng)采用纖維填滿，以防膠接時(shí)形成空腔，氣泡等缺陷。該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于該處沒有外部連接要求，且該處不是應(yīng)力集中點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。作為機(jī)翼受力連接交點(diǎn)部位時(shí)局部強(qiáng)度要求高，普通肋結(jié)構(gòu)就不滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，為此，必須設(shè)計(jì)加強(qiáng)肋。加強(qiáng)肋如圖5所示，加強(qiáng)肋由兩個(gè)油箱內(nèi)膽6中間膠結(jié)加強(qiáng)肋8構(gòu)成，用以提高局部強(qiáng)度，達(dá)到上述裝置安裝受力要求。該膠接結(jié)構(gòu)相貼合處如有高度不足產(chǎn)生的間隙，必須采用復(fù)合材料墊板補(bǔ)齊，過度圓角形成的空隙應(yīng)采用纖維填滿，以防膠接時(shí)形成空腔，氣泡等缺陷。
[0032]根據(jù)機(jī)翼總體設(shè)計(jì)要求，在機(jī)翼展弦比大，機(jī)翼面積大，整個(gè)機(jī)翼相對(duì)厚度小，通常采用多梁結(jié)構(gòu)，采用前、中、后梁，其中中梁為加強(qiáng)梁，用于增加機(jī)翼強(qiáng)度。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)了如圖6、圖7所示三梁結(jié)構(gòu)(多梁結(jié)構(gòu)同理)，用于多梁結(jié)構(gòu)機(jī)翼。其構(gòu)成是前后梁中間增加加強(qiáng)梁10，油箱內(nèi)膽6分成前后兩排布置，油箱之間根據(jù)需要連通，前梁9、加強(qiáng)梁10、后梁4上應(yīng)制相應(yīng)的通過孔，保證燃油系統(tǒng)功能。
[0033]本發(fā)明的加工裝配方案如下:
[0034]1、油箱內(nèi)膽6的加工:推薦采用三維編織方法成型，其步驟如下，按燃油系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)油箱內(nèi)膽與各連接零件端面開孔設(shè)計(jì)固定芯棒，在三維編制設(shè)備上成型。根據(jù)國內(nèi)外公開發(fā)布的資料，三維編制成型的零件已經(jīng)非常復(fù)雜，該零件制造工藝性應(yīng)可以保證。
[0035]2、前梁和后梁加工的方案，推薦采用三軸編織方法成型，也可采用模具成型。這是通用的做法。
[0036]3、機(jī)翼的上壁板3和下壁板7采用夾蜂窩芯可以解決壁板承受拉伸和壓縮及剪切和彎曲的綜合作用下不失穩(wěn)，可以采用蜂窩芯加工成型膠接制造。
[0037]4、裝配方法，以下壁板7在夾具11上定位，安裝前梁9和后梁4以及內(nèi)膽6，對(duì)于油箱內(nèi)膽與上、下壁板之間的間隙可以用復(fù)合材料墊找平后固化成型，如圖所示，在油箱內(nèi)膽與下壁板間，在油箱內(nèi)膽與上壁板間加軟海綿墊彈性填充層5。
[0038]5、裝配誤差分析，整個(gè)裝配過程如果直接膠接不調(diào)整，制造誤差既為各零件誤差和，高度上既梁、上、下壁板制造誤差和，按現(xiàn)有技術(shù)水平應(yīng)不超過1mm，如需提高裝配精度，可用調(diào)整復(fù)合材料墊高度控制上壁板的外形高度。外形與以前一樣，裁剪精度可以保證。
【權(quán)利要求】
1.一種飛機(jī)整體油箱結(jié)構(gòu)，其特征在于含有復(fù)合材料制作的多個(gè)油箱內(nèi)膽、前梁、后梁以及上壁板和下壁板，油箱內(nèi)膽位于上壁板和下壁板之間，前梁和后梁分別連接著上壁板和下壁板的前緣和后緣，油箱內(nèi)膽之間相鄰壁膠接成機(jī)翼的結(jié)構(gòu)肋，所述的油箱內(nèi)膽是利用復(fù)合材料預(yù)制的密封容器，油箱內(nèi)膽的外壁分別與相鄰的上壁板、下壁板、前梁、后梁之間膠接固化。
2.如權(quán)利要求1所述的飛機(jī)整體油箱，其特征在于在油箱內(nèi)膽與上壁板、下壁板之間分別有一層彈性填充層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的飛機(jī)整體油箱，其特征在于在油箱內(nèi)膽之間還有用復(fù)合材料預(yù)制的加強(qiáng)肋。
4.如權(quán)利要求3所述的飛機(jī)整體油箱，其特征在于在油箱內(nèi)膽之間還有用復(fù)合材料預(yù)制的加強(qiáng)梁。
【文檔編號(hào)】B65D25/02GK104369857SQ201410546198
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】徐波 申請(qǐng)人:中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司