[发明专利]一种能够提高飞机机头端框抗鸟撞性能的挡板组件

说明书

一种能够提高飞机机头端框抗鸟撞性能的挡板组件，挡板组件中的五个横截面均为“几”字形的支撑梁和横截面均为“几”字形的八个角片均铆接在飞机端框面板上，并使各铆钉分别固定在端框主梁上。由2024‑T3铝合金制成的上面板、7075‑T6铝合金制成的下面板和铝泡沫芯材组成的挡板置于支撑梁的上表面。本发明中，合理的夹芯结构对挡板抗鸟撞性能起到关键作用，提高了飞机机头抗鸟撞性能，并减轻结构重量和降低制造成本。试样证明，在1.8kg鸟体以200m/s以下速度撞击情况下，挡板有效利用铝泡沫在承受压缩载荷时产生的泡沫铝应力平台段的吸能作用，使鸟体组织的作用力分散，阻止其穿透下面板，并且在保持抗鸟撞性能的同时拥有足够刚度的前提下有效降低了结构重量。

技术领域

本发明涉及飞机结构设计领域，具体是一种能够提高飞机机头端框抗鸟撞性能并减轻重量的挡板及其支撑件。

背景技术

鸟撞事故是指空中飞行的飞机等飞行器与飞行的鸟类相撞所发生的事故。随着民用航空行业的飞速发展，民机鸟撞事故成为民用航空最严重的安全威胁之一。据美联航有关报告显示，1990年到2008年间，美国民航共报告89727起动物与民航飞机相撞事故，其中97.4％是由飞鸟造成的。有关数据显示，飞机的迎风面，包括飞机风挡、雷达罩、发动机、机翼前缘及尾翼前缘是最易受到鸟撞的部位。飞机机头雷达罩内端框后方有各类电子设备和控制线路，这些内部设施一旦受到鸟撞破坏，灾难性事故就难以避免。因此，解决好飞机机头端框抗鸟撞性能的问题关系重大。中国民航总局制定的《运输类飞机适航标准》第25.571(e)中第一条明确规定，对可能引起灾难性破坏的每一结构部分，在海平面至2450m的各种高度上，在Vc速度下，受到1.8kg鸟的撞击情况下，飞机必须能够成功地完成该次飞行。研究表明，在高速撞击下，鸟体表现出明显的流体力学行为，由于现阶段机头雷达罩采用薄层玻璃纤维纸蜂窝夹层结构，高速鸟体可轻易穿透雷达罩且只损失5％左右动能，因此，在飞机机头区域进行结构设计时，为了满足抗鸟撞要求，在机头雷达舱内的端框结构上增加了抗鸟撞挡板组件，该挡板(图1)由7075-T6铝合金铣削制作的铝板1和加强筋2构成，挡板与工字型支撑3连接并与机头端框主梁4铆接，但该挡板组件增重过多不利于提高飞机的经济性。

与传统的蜂窝铝相比，泡沫铝材料克服了铝蜂窝材料结构简单、各向异性、成本较高等其他功能不足的弊端。此外，铝蜂窝的可塑性较差，有很多板型无法使用铝蜂窝进行加工。泡沫铝是目前工业材料里，吸能、防撞效果最理想的材料之一，吸能密度达到4～20J/cm³，并且具有宽而平的应力平台，在压缩的全过程可以持续吸能。在高强度防撞缓冲领域，拥有不可替代的优越性能。泡沫铝材料已经应用于神舟飞船系列返回舱着陆缓冲、嫦娥号登月车落地缓冲等。研究表明泡沫铝与高强钢、特种陶瓷、芳纶纤维板等高强度材料组成新型复合装甲，利用泡沫铝的吸能作用，使穿甲弹和破甲弹作用力分散，阻止其进入内部，保持高防护性能的同时，可以有效降低结构重量。因此泡沫铝材料在抗鸟撞结构设计中也具有很大的应用潜力，在相同抗鸟撞性能下进一步优化和减轻结构重量。然而将铝泡沫材料应用在机头端框抗鸟撞结构中还存在一些关键问题没有解决，比如在鸟体高速冲击作用下夹芯结构的抗鸟撞性能与其各层层厚比和上下面板所取铝合金材料牌号密切相关，不合适的挡板可能在高速冲击载荷作用下会发生铝面板快速撕裂或因刚度不足发生坍塌，从而显著影响其抗冲击和吸能效果。此外，防撞挡板与端框主梁之间的支撑件也明显影响挡板的抗鸟撞效果，当前常使用C字形或工字形支撑，在高速冲击载荷作用下，下面板极容易在C字形和工字形支撑处发生剪切破坏，从而导致防撞结构失效。综上所述，将铝泡沫夹芯结构应用到机头端框抗鸟撞方面还有很大的优化空间，需要对其及支撑结构进行改进设计以提高挡板组件抗鸟撞性能并减轻飞机结构重量。