参数化设计民用飞机蒙皮与长桁

屈直　张江

【摘 要】结合民机机身强度设计的主要特征参数及方程，在给定强度要求下，以长桁数量作为变量，通过Matlab进行参数化设计，对长桁进行排布并求出蒙皮的厚度以及长桁的截面积，形成一套快速有效的蒙皮与长桁的设计方法，大幅提高了设计效率，对飞机机体结构布局的分析效率有重要的提升。

【关键词】民机；蒙皮；长桁；参数化；Matlab求解

0 引言

蒙皮和长桁是飞机的重要承力结构，也是飞机重量的重要组成部分[1]。本文讨论了民机中的Al-2014蒙皮与长桁的受力形式以及强度要求，并对长桁厚度、排布以及蒙皮的厚度进行参数化设计。在给定剪流、压强等载荷要求下，得到优化参数，对飞机减重和机体结构布局的分析效率有重要的提升。

1 蒙皮理论受力分析

1.1 剪流

截面单元的剪切流：

E为Al-2014的杨氏模量，t为蒙皮承载给定剪力要求所需的厚度。

上式中ks为剪切屈曲系数，由下列表达式得到：

a为宽度/厚度，假设a为4，则

1.2 增压负载

设给定增压载荷为P，蒙皮所受负载为：

2 长桁理论受力分析

长桁主要承受机身弯矩引起的部分轴向力，长桁所受弯曲应力表达式为：

Iyy为长桁截面惯性矩，

通过以上两式，长桁截面面积A可求出，

为使长桁可以承受最大弯曲应力，在计算A时，y取最大值，σ取材料的屈服应力。

3 运用Matlab进行参数化设计[3]

运行Matlab程序，在输入窗口显示：number=input（'the number of stringers： '）；时输入20（长桁数量为20），程序运算结果如下

通过变化长桁的数量，相对应的蒙皮厚度可由程序算出，如下所示：

4 结论

本文运用民机机身强度设计的主要特征参数及方程为基础，分析了民用飞机长桁以及蒙皮的受力并运用Matlab对长桁截面积、长桁排布以及蒙皮厚度进行参数化设计，在給定载荷（剪流、压强）下，以长桁数量作为变量，形成一套快速有效的长桁与蒙皮的设计方法，得到优化的参数，对飞机机体结构布局的分析效率有重要的提升，并对飞机减重分析有很大的帮助。

【参考文献】

[1]牛春匀.实用飞机结构应力分析及尺寸设计[M].北京：航空工业出版社，2009：283-294.

[2]解思适.飞机设计手册第9册：载荷、强度和刚度[M].北京：航空工业出版社， 2001：364-412.

[3]陈杰. MATLAB宝典[M].北京：电子工业出版社，2010：172―214.

[责任编辑：朱丽娜]