飞机机翼上壁板结构初步设计技术_申德红

典型航空产品——壁板的加工工艺分析陈荷【摘要】介绍了典型航空产品——飞机壁板(简称壁板)的加工工艺过程,从壁板的定义、分类、各类壁板的加工工艺流程,以及壁板类零件关键工艺技术分析等方面,对壁板类零件的加工工艺进行了详细的介绍.以中航工业西安飞机公司某型飞机的典型壁板类零件加工过程为案例,从蒙皮尺寸、结构特点、加工机床选用、型材选择、零件的展开加工、零件成形加工、规程编制,以及提高产品质量等方面进行了详细地分析,通过具体工艺分析,为同类航空产品的加工提供了可借鉴的案例.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P22-27)【关键词】航空产品;壁板;工艺流程;工艺技术分析【作者】陈荷【作者单位】西安航空职业技术学院,陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】V262.3壁板类零件是覆盖在飞机框、樯、梁和接头等零件之上，构成飞机机身和机翼外形的主要零件。

壁板类零件按照其所在飞机的部位可以分为机身壁板和机翼壁板；按照其结构大小可以分为小型壁板、中型壁板和大型壁板,其长度从几米到十几米不等 [1]。

从加工角度来讲，通常根据结构特征，将壁板类零件划分为无长桁(或立筋)壁板(见图1)和带长桁(或立筋)壁板(见图2)。

无长桁(或立筋)壁板不带长桁(或立筋)，其厚度相对较薄；而带长桁(或立筋)壁板内侧带长桁(或立筋)，其厚度相对较厚。

通常情况下，壁板类零件的加工采用正、反2个工位完成，其典型加工工艺流程如图3所示。

对具体零件需要结合其具体结构细节，增加或调整局部工序内容[2]。

壁板类零件由于内、外两面结构极不对称，材料去除量相差悬殊，加工过程中及加工后工件变形大，而过大的加工变形会对后续的喷丸处理和装配产生不利影响；因此，如何控制和减少加工变形是首要解决的难题。

壁板类零件的材料去除率较大，通常>90%，加工周期长，从几天到十几天，特别是大、中型飞机壁板，占用机床时间较长，直接影响生产进度以及加工成本；因此，如何提高加工效率也是壁板类零件加工需要解决的难题。

专利名称：一种复合材料飞机壁板结构及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：刘远强,李淑萍,郝锦鹏,许建政,茹祥润,马刚申请号：CN202210197269.8
申请日：20220302
公开号：CN114559694A
公开日：
20220531
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于航空航天复合材料预浸料成型领域，具体提供了一种复合材料飞机壁板结构，包括上层面板、下层面板及多个支撑圆环，所述多个支撑圆环彼此贴合交错排布，固定在上层面板与下层面板之间，另外根据本发明的另一方面提供了该飞机壁板结构的制备方法。

本方案结构简单，工艺成本低，采用密贴型复合材料圆环结构圆环来代替传统的泡沫夹层结构，能满足飞机壁板的厚度的同时降低飞机整体质量的作用。

另外，采用的圆环支撑能够避免三角形等其他多边形夹芯的应力集中现象，提高飞机壁板的整体抗压性能。

制作工艺上，圆环结构相比其他形式的结构更容易从模具中取出，本圆环结构夹层结构还具有隔音、隔热、吸能等优点。

申请人：沈阳航空航天大学,辽宁通用航空研究院,辽宁锐翔通用飞机制造有限公司
地址：110136 辽宁省沈阳市道义经济开发区道义南大街37号
国籍：CN
代理机构：沈阳维特专利商标事务所(普通合伙)
代理人：李娜
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式 中： Ａ ——上壁板截面积 上壁板与上翼 面截面积比 （ ３ ） 计算上壁板加筋 、 蒙皮截面积 用下式计算 上壁板加筋 、 蒙皮截面积
— —
Ａ ＝（ １ ～ Ａ
Ａｎ＝Ｏ Ｌ ｓ ｔ Ａｐ
式中 ： Ａ —— 蒙皮截 面积 加筋 截面总面积
—
‰ ——加筋截面总面积与上壁板截面积 比 （ ４ ） 初步确定上壁板加筋 、 蒙皮尺寸 ●确定加筋尺寸 根据工程经验等初步确定加筋 间距 、 数量 ， 用 下式计算单个 加筋截
面 积
△Ａ Байду номын сангаас＝ ， ＝
式中 ： ——单 个加筋截面积 ｎ — —加筋数量 根据工程经验初步确定加筋截 面形状 、 加 筋高度以及缘 条宽度 ， 由 单个 加筋截面积进一步确定加筋尺寸。 ●确定 蒙皮 尺寸
１ ． 机 翼上壁 板的功能 机翼是飞机 的重要组件 ， 其 主要作用是产生升力 ： 当气 流经过 飞机 机 翼时 ， 机 翼上下表 面均承受气 动压 力 ， 在翼 型的影响 下 ， 机翼上表 面 的气动压 力要小 于下 表面的气动 压力 ， 即在 飞机机翼翼 面上就产 生了 向上的气动压力差 ， 称 为飞机升力 ， 机翼上壁板作为机翼上表 面的主要 组成部分 ， 是为飞机提供升力 的主要结构件之一 。 同时 ， 机 翼壁板 、 梁和肋一起构 成一个密 闭的容积 ， 作 为油箱用 于 储 存飞机燃油 。 详 细过程 见下 ： ３ ． １ 初步上 壁板截 面积计算“
根据机翼 截面弯矩 ， 初步选 取材料 屈 曲强度 ２ 作为上 壁板截 面 许用 应力 ， 计算 得出上壁板 蒙皮、 加筋 的初步尺 寸。 （ １ ） 计算上翼面截面积 按机翼受弯 ， 用下式计算上翼面截面积 ：

新型机外翼主体上壁板的优化设计的开题报告
一、课题背景
随着航空工业的不断发展，飞机设计逐渐趋向纤细化、高效化、能源化和绿色化，外翼主体上壁板的设计优化成为了当前热点问题。

外翼主体上壁板在飞机的飞行过程
中起着重要的作用，它承受着气动载荷和结构载荷的作用，因此，其设计优化不仅能
够提高飞机的性能，还能够提高飞机的安全性。

因此，优化设计外翼主体上壁板的研
究具有重要的现实意义和应用价值。

二、研究目的
本论文旨在针对新型机外翼主体上壁板的设计问题，应用优化设计方法，以提高其受力性能和结构强度，优化其气动性能和重量，进一步提高新型机的性能和安全性。

三、研究内容
本论文的具体研究内容如下：
1. 建立新型机外翼主体上壁板的数学模型，分析其受力和结构特性；
2. 选取合适的优化设计方法，如粒子群算法、遗传算法等，开展外翼主体上壁板的优化设计研究；
3. 应用ANSYS等有限元分析软件对所设计的上壁板进行模拟分析，验证其受力
性能和结构强度；
4. 开发自适应优化算法，进一步提高设计的性能和效率。

四、研究意义
本论文将为新型机外翼主体上壁板的优化设计提供新的思路和技术手段，进一步提高飞机的性能和安全性。

同时，本研究还将在优化设计方法和算法方面进行探索，
为优化设计领域的理论研究和实践应用提供支持和参考。

五、预期结果
预计本论文的研究成果将包括以下几个方面：
1. 新型机外翼主体上壁板的数学模型和优化设计方案；
2. 优化设计结果的有限元分析数据和最优设计方案；
3. 优化设计算法和方法的探索和应用实践；
4. 针对优化设计中所遇到的问题和挑战的解决方案和理论探索。

飞机机翼壁板展开技术分析摘要：在航空技术持续发展的背景之下，飞机机翼壁板面临着越来越高的要求，也就需要积极对相应的技术进行分析和改进，所以需要根据其特点和需求改进，本文对飞机机翼壁板展开技术进行分析，以供参考。

关键词：飞机；机翼壁板；展开技术当代飞机制造行业的专业水平持续提升，通过应用CAD/CAM，可以实现无图纸设计的目标，且对于CAD/CAM进行应用的效果，可以反映企业的制造能力，所以需要针对CAD/CAM进行积极的应用，以完善飞机机翼壁板展开技术。

一、结构特点当代飞机主要将整体结构作为其中的主要承力结构，相对于传统形式的某些结构来说，其能够体现出更多的优点，例如气动性能方面，整体结构具有良好的对称性，外形准确，且表面光滑；结构强度方面，整体结构的刚性良好，所以强度也相对较高，不仅重量得到了约20%的减轻，还更有利于对于气密性起到保障作用；经济和工艺方面，整体结构的制造周期相对较短，也就能够在一定程度上节约成本，所以针对飞机机翼以及尾翼，均可大量应用整体结构的模式。

整体壁板具有的重要特点之一，即为蒙皮壁薄，针对材料进行切除的几率相对较大，并且，因为壁板的形状及厚度均各不相同，同时尺寸较大，纵横筋条的数量较多，同时对于装配协调提出了较高的要求，且不可以在装配过程中实施大量的锉削处理，所以整体壁板零件制造的难度较大，在进行图纸设计工作的过程中，也就必须首先完善壁板展开尺寸图，并以此为基础确认其中的厚度变化规律，以及外形准确形状和各个梁的具体位置，且在弯曲成型之后，也应能够保障筋条处于垂直于水平面或是直弦平面的状态，以保障整体壁板与相关要求相符合[1]。

根据几何计算原理，若在一曲面P（u，v）上，有一族为直线，此曲面即为直纹面，此线段也就是直纹面的母线，若直纹面与自身的每一条母线均具有一个唯一切面，这一直纹面则属于可展曲面。

将此原理与飞机翼型构型规律进行结合可以发现，机翼曲面属于不可展的曲面，所以在实际加工生产的过程中，机翼壁板需要在进行展开之后，实施相应的加工，方可将曲面转换成为可展曲面。

大型飞机机翼上壁板强度设计技术赵谋周;刘存;李健【摘要】加筋壁板具有刚度好、重量轻、强度高的优点,现代大型飞机机翼壁板均采用这种结构形式.目前,机翼上壁板设计尚没有完备的方法,在较大程度上依靠试验和经验的分析技术,主要按稳定性设计.本文对机翼上壁板强度设计进行了系统性的研究,通过在设计技术上的提升和突破,掌握了现代飞机机翼上壁板在设计、分析、试验中的关键技术.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2017(057)003【总页数】5页(P9-13)【关键词】机翼;加筋壁板;强度设计;稳定性【作者】赵谋周;刘存;李健【作者单位】中航工业第一飞机设计研究院,陕西西安710089;中航工业第一飞机设计研究院,陕西西安710089;中航工业第一飞机设计研究院,陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】V224机翼作为大型飞机的主要升力部件，其设计水平直接影响着飞机性能的优劣。

而上壁板结构稳定性是飞机结构设计中最重要的问题之一，因为薄壁结构的静强度失效(破坏)中很大一部分是由于丧失稳定性所引起的[1]。

因此，研究机翼上壁板的强度设计技术意义重大。

杨卫平[2]提出了一套基于准三维参数化有限元分析建模、正交试验设计与非线性数值计算相结合的设计分析方法，可用于机翼壁板的初步优化设计。

王天龙[3]基于Matlab遗传算法函数对某机型外翼上壁板多个参数进行了优化，从而达到减重的目的。

吴存利[4]通过研究加筋板在面内和面外载荷作用下拉伸强度、压缩强度、剪切强度、拉压剪复合强度和拉压剪与内压复合强度计算方法，研发了加筋板强度分析软件STRANAS，可用于飞机壁板强度设计。

本文对机翼上壁板的强度设计展开系统的分析，试图掌握大型飞机上壁板强度设计、分析、试验中的关键技术，为工程应用提供分析依据和参考。

机翼上壁板在危险载荷情况下主要承受压缩和剪切应力，按稳定性设计。

需要通过分析或试验的手段给出结构的压缩和剪切设计许用值，供结构设计和校核使用。

飞机机翼上壁板结构初步设计技术
申德红
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2013(000)016
【摘要】机翼是飞机的重要组件,其主要作用是产生升力、储存燃油等,机翼上壁板作为机翼的重要组成部分之一,其结构设计在整个机翼结构设计过程中有举重轻重的地位,它将关系到飞机研制的成功与否,直接影响到飞机研制的周期、费用和可靠性.在飞机研制初期,需一个快速、有效的机翼上壁板设计方法,减少其初步设计时间,及时为上游专业提供反馈,继而有利于飞机设计过程的迭代,缩短研制周期,减少研制费用.本文从该需求出发,提出了一种有效的飞机机翼上壁板结构初步设计方法.【总页数】2页(P351,345)
【作者】申德红
【作者单位】上海飞机设计研究院结构部
【正文语种】中文
【相关文献】
1.大型飞机机翼上壁板强度设计技术
2.飞机机翼下壁板初步设计方法探讨
3.某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构选型疲劳寿命研究
4.大型民用飞机复合材料机翼下壁板结构设计
5.某型飞机翼身整流罩Ω型加筋壁板选型的结构设计研究
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