8字型機身截面在增壓工況下對客艙地板平衡載荷的影響淺析

孫則徐

摘 要 本文通過對雙圓機身截面在氣密載荷下的受力特性進行分析，總結出截面幾何參數對機身蒙皮/地板結構的受力結果的影響。

關鍵詞 雙圓機身截面；機身蒙皮；機身地板

中圖分類號 V271 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0221-02

1 簡介

現代噴氣式客機由于飛行高度通常在海拔7？000m以上，其機身結構需要按照增壓要求按照進行設計。最理想受的壓容器的截面是圓形，所有側向內壓完全由機身蒙皮自身的拉應所承受，在這種情況下蒙皮被假設為膜單元。對于單通道客機機身寬度較小，限制了機身截面直徑為了既滿足客艙容積需要又滿足貨艙容積，因此雙圓機身截面被廣泛用于單通道窄體客機上，上圓弧空間為乘客提供足夠的空間，而下圓弧空間則為貨物提供足夠的貨艙容積。

2 機身截面設計過程

在飛機概念設計階段，機身等直段截面往往先考慮客艙空間，通過機身截面座位數與機身過道寬度與機身結構空間確定上圓弧半徑與地板寬度，然后在考慮貨艙容積的基礎上確定下圓弧半徑，上下圓弧的交點則設在上圓弧與地板交點處。下圓弧的半徑也可以在確定上圓弧寬度與地板寬度后，通過調節上下兩圓弧的圓心距來控制。

理想雙圓弧機身氣密載荷下受力分析。典型雙圓弧機身截面由上下2個不同直徑的圓組成，在上下兩圓之間設置地板梁如圖1所示。機身在增壓情況下的變形趨勢是向一個等圓方向的變形，而上圓與下圓都是等圓截面，唯一的問題就是轉折處的內力平衡。

由單圓機身截面受壓容器環向載荷可以由鍋爐公式得到：

其中p為圓形容器內壓（MPa）。

假設機身蒙皮與地板僅承受面內拉力而不承受彎距，雙圓機身截面承受氣密載荷受力分析如下：

上圓弧的增壓載荷為NU=PRC，U，下半圓弧的增壓載荷為NL=PRC，L。由圖2幾何關系可得地板載荷：

從上述3種情況可以發現等圓的力學性能最佳，此時地板上氣密平衡載荷為零，而情況1則經常在等直段出現。

3數據分析

以下以機身壓差為0.124MPa，在給定上圓弧半徑為1？975mm，標準框間距530mm為例，給出了3組不同機身截面參數地板載荷與地板梁載荷的計算結果。

4 結論

從上述分析可以看出在雙圓機身截面的設計時應盡量減小上下兩圓圓心距，使得地板為了平衡兩圓氣密載荷的平衡載荷保持在較小水平，從而可以為地板支撐結構減重創造條件。在機身收縮段截面設計時，則應該以地板為基準，盡量不拉大兩圓的圓心距，使得地板不會發生承受過大壓縮力而發生穩定性不夠。

參考書目

[1]Mr.Michael C.Y Niu，Airframe Stress Analysis And Sizing SECOND EDITION ISBN 962-7128-08-2 p198.

[2]Mr.Michael C.Y Niu，Airframe Structural Design ISBN 962-7128-04-X p380.