參數化設計民用飛機蒙皮與長桁

屈直　張江

【摘 要】結合民機機身強度設計的主要特征參數及方程，在給定強度要求下，以長桁數量作為變量，通過Matlab進行參數化設計，對長桁進行排布并求出蒙皮的厚度以及長桁的截面積，形成一套快速有效的蒙皮與長桁的設計方法，大幅提高了設計效率，對飛機機體結構布局的分析效率有重要的提升。

【關鍵詞】民機；蒙皮；長桁；參數化；Matlab求解

0 引言

蒙皮和長桁是飛機的重要承力結構，也是飛機重量的重要組成部分[1]。本文討論了民機中的Al-2014蒙皮與長桁的受力形式以及強度要求，并對長桁厚度、排布以及蒙皮的厚度進行參數化設計。在給定剪流、壓強等載荷要求下，得到優化參數，對飛機減重和機體結構布局的分析效率有重要的提升。

1 蒙皮理論受力分析

1.1 剪流

截面單元的剪切流：

E為Al-2014的楊氏模量，t為蒙皮承載給定剪力要求所需的厚度。

上式中ks為剪切屈曲系數，由下列表達式得到：

a為寬度/厚度，假設a為4，則

1.2 增壓負載

設給定增壓載荷為P，蒙皮所受負載為：

2 長桁理論受力分析

長桁主要承受機身彎矩引起的部分軸向力，長桁所受彎曲應力表達式為：

Iyy為長桁截面慣性矩，

通過以上兩式，長桁截面面積A可求出，

為使長桁可以承受最大彎曲應力，在計算A時，y取最大值，σ取材料的屈服應力。

3 運用Matlab進行參數化設計[3]

運行Matlab程序，在輸入窗口顯示：number=input（'the number of stringers： '）；時輸入20（長桁數量為20），程序運算結果如下

通過變化長桁的數量，相對應的蒙皮厚度可由程序算出，如下所示：

4 結論

本文運用民機機身強度設計的主要特征參數及方程為基礎，分析了民用飛機長桁以及蒙皮的受力并運用Matlab對長桁截面積、長桁排布以及蒙皮厚度進行參數化設計，在給定載荷（剪流、壓強）下，以長桁數量作為變量，形成一套快速有效的長桁與蒙皮的設計方法，得到優化的參數，對飛機機體結構布局的分析效率有重要的提升，并對飛機減重分析有很大的幫助。

【參考文獻】

[1]牛春勻.實用飛機結構應力分析及尺寸設計[M].北京：航空工業出版社，2009：283-294.

[2]解思適.飛機設計手冊第9冊：載荷、強度和剛度[M].北京：航空工業出版社， 2001：364-412.

[3]陳杰. MATLAB寶典[M].北京：電子工業出版社，2010：172―214.

[責任編輯：朱麗娜]