某型飞机后增压框结构方案设计与分析

摘要：针对某型公务机后增压框结构设计要求和结构特点，对比分析了两种增压框结构方案，通过综合考虑设计、制造、使用维护等多个方面的因素，确定出了一个更佳的方案，并进行了结构设计。

关键词：结构；增压框；方案设计

绪论

现代民用飞机设计中，为了给旅客和机组人员提供舒适而安全的飞行环境，必须对客舱进行增压。座舱增压需要机身形成密闭的环境， 民用飞机机身近似圆形截面，其两端的密封是结构设计重点关注的地方。机身前压力端框一般采用平板式增压框，后压力端框通常采用球面框或平板框进行密封。某型公务机机身为密框少长桁的半硬壳式结构。在后压力端框方案设计中，综合考虑操纵系统、航电系统、环控系统等对结构设计的要求，同时为获得一种结构效率较高的后压力端框方案，设计了平板框结构和球面框结构两种方案，综合对比设计、制造和其它专业协调的影响，获得了一个较优的后压力端框结构方案。

1.设计要求

增压框是机身的前后端框，将机身气密区与非气密区分开，其结构不仅需要满足强度要求，还有满足密封要求。根据中国民用航空规章CCAR23.365 条规定，飞机结构必须能承受气密载荷（ΔP）的1.33 倍，再加上1.5倍的安全系数，因此气密端框要承受2ΔP的静载荷，同时增压框各系统通过孔，连接区都要采用密封措施。

2.方案对比

为提高结构效率，获得最优的结构方案，某型公务机后增压框在初步设计阶段共设计了两种结构方案分别为：半球面框结构和平板框结构，如图1所示。

半球面框结构主要由环框和球皮组成，平板框主要由平腹板、横向加强件、纵向加强件、框缘及连接件组成。大曲率的半球形壳体通过薄膜应力来承担压力载荷，结构較轻便。而平板框需要有纵、横向件来承受压力载荷，因此结构相对较笨重，单独从结构的角度来看，半球形壳体是一种理想的机身尾部封闭隔框。但某型公务机后机身外形收缩较快，当采用球面框结构时，不利于系统设备的布置，且系统通过孔加强较困难，同时由于空间较狭窄造成装配和使用维护困难。此时采用平板框具有一定的优势，首先，平板框前后空间较宽敞有利于系统设备的布置，且易于维护；其次，平板框上开各系统通过孔更容易加强；最后，平板框结构简单更利于加工，制造成本更低。因此，综合考虑装配、制造和维护要求，虽然球面框有重量上的优势，但仍然决定采用平板框结构方案。

3.结构设计

某型公务机后机身平板框结构由平腹板、框缘条和角材组成，同时蒙皮在增压框前后分块，在框缘上还布置了蒙皮对接带板，典型剖面见图2。由于平腹板不能承受面外载荷，因此平板框通常布置有纵向和横向的加强筋来承受气密压力。考虑机身上下四根纵梁在增压框前后断开，将加强筋垂直布置，更有利于纵向载荷的传递，因此在平腹板背面布置7根纵向帽型加强筋用于承受增压载荷。

其中47框为T型机加框，共分成三段，通过L型角材连接。平腹板基础厚度为2.5mm，凹槽厚度为1.6mm，帽型筋条外缘条和腹板通过三面角合与T型框缘条和蒙皮连接。

4.总结

本文对比分析了球面框结构和平板框结构在某型飞机后增压框设计时的优劣，在综合考虑了设计、制造、使用维护等多个方面的因素后，决定选用平板框作为最终的结构方案，其虽然在重量上有一些劣势，但综合性能优于球面框，本文的研究结果对公务机后增压框的结构方案设计具有一定的指导意义。

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.

[2]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第10册：结构设计[M].北京：航空工业出版社，2000.

作者姓名：丁厚安（1987-），男 ，汉族，湖南攸县人，中航通飞研究院有限公司，助理工程师，硕士，飞机结构设计方向。