航空复合材料板簧式缓冲件结构设计

2022-09-11

随着飞机的不断发展, “一代材料、一代飞机”的发展理念被呈现得淋漓尽致。在此过程中, 复合材料在航空器结构上的应用已经成为现代飞机制造行业发展的主要趋势, 同时也是航空飞行器性能提升的关键所在。截止到目前, 国内外在航空器缓冲构建的研究上以高性能合金钢的使用为主, 整体强度较高, 但由于质量大、制造工艺复杂等缺点的影响, 无法让该项制造技术获得更多发展机会。

一、复合材料板簧式缓冲件的结构形式

随着复合材料性能的不断提升, 在强度和比模量方面比其他航空缓冲结构件的应用更具优势, 不需要辅助构件配合。因此, 在板簧缓冲件应用过程中, 可以将相对简单的结构应用其中。首先, 可以确保整体结构强度与具体需求相符, 还可以降低辅助构建的使用数量, 在降低整体结构质量的同时, 提升系统运行的可靠性。本次研究过程只能够, 主要以复合材料板簧结构形式为主。在具体操作时, 工作人员需要将板簧的一段固定在机体之上, 并将另一端与轮胎对接在一起。在航空器着陆过程中, 整个轮胎将会承受巨大的重力而产生变形, 但这种缓冲力十分有限。所以说, 在板簧式缓冲件使用过程中, 主要是对机体载荷提供支撑作用, 而在局部功能的详细设计上, 应该视具体的应用情况来确定, 对各种应用要求进行满足。

二、航空复合材料板簧式缓冲件结构的具体设计形式

(一) 最佳截面形式的确定

为了与小型航空器着陆需求相适应, 有限元分析模型的应用显得尤为重要, 将各种截面形式的优劣性突显出来。在边界条件加载过程中, 需要将板簧的一端固定在机体上, 从而让各个方向中的自由度产生一定的约束, 另一端则需要做好冲击荷载大小的有效模拟。整体来看, 在冲击荷载的作用之下, 无论板簧式缓冲件的结构如何, 均需要对以下三个条件进行满足:第一, 强度要求;第二, 重量要求;第三, 满足垂直变形要求。前两个条件在工作过程中很容易被理解, 而第三个条件主要是由于着陆系统在过载限定上有明确要求, 从而对整个缓冲过程中的冲击荷载产生了一定的限制。倘若在整个过程中的垂直变形度过小, 则会出现柔性过高问题, 增加了整个装置的起伏振动程度, 对机体着陆产生了巨大影响[1]。

除此之外, 缓冲器和轮胎需要对整个飞机的动能和位能进行吸收, 具体的能量计算公式如下:

该式中, 代表轮胎吸收的动能;代表缓冲支柱吸收的动能;代表飞机着陆时的动能;代表飞机的位能。在具体计算过程中, V的数值一般以3.05m/s为主, N=3。经过分析可知, 轮胎所承受的缓冲力为5%, 通过公式, 可以计算出垂直变形位移结果。

(二) 各种复合材料板簧截面形式

在原有结构基础研究过程中, 合理的截面形式可以降低复合材料板簧结构应力, 常用的截面形式有矩形、“工”形、“回”形以及“T”形等。站在圆管角度来说, 其刚度较大, 而且重量也在7kg以上, 在垂直变形过程中, 整个变形量远远小于0.3m, 这样一来, 便无法达到限制过载的要求。换个角度来说, 当整体质量的缩减范围在3到4kg时, 才能做到刚度的全面降低, 最终达到预定的垂直变形需求。整体来看, 圆管的重量虽然较小, 但其中的应力较大。因此, 在具体设计过程中, 应该以椭圆形的结构选择为主, 在基本条件满足的前提下, 将应力保持在最小状态。

(三) 板簧结构的有效优化

在“扁圆型”界面与其他界面应力比较过程中, 所产生的应力较小。之后, 通过进一步结构优化, 整个应用过程也会更加合理。在有限元模型分析过程中, “扁椭圆”直线型板簧的最小应力为63.5MPa, 变截面下的“扁椭圆”板簧最小应力也会保持在550.4MPa, 在直线型板簧改造上, 设计人员主要以弯月型板簧改造为主, 整个系统的所受应力将会进一步降低。因此, 在具体的变截面“扁椭圆”形式选择过程中, 可以通过板簧的最优界面形式的确定来提升选择的科学性, 并将“弯月型”作为板簧的主体结构设计形式, 这样一来, 整个航空复合材料板簧式缓冲件结构设计将会变的更加科学[2]。

三、总结

综上所述, 通过对比分析之后, 研究人员可以对最佳的复合材料板簧结构形式进行确定, 即“扁椭圆”弯月型结构。该种结构形式具备应力小、质量轻等优势, 可为下一步工作的开展奠定基础条件。另外, 研究人员可以将上述分析作为基础, 对参数进行合理选择, 在降低应力效果的同时, 避免整个系统出现质量过大问题。

摘要：随着复合材料性能的不断提升, 在航空着陆缓冲系统中得到了全面应用, 并将其强度、可靠性等优势全面体现出来。本文根据以往工作经验, 对复合材料板簧式缓冲件的结构形式进行总结, 并从最佳截面形式的确定、各种复合材料板簧截面形式、板簧结构的有效优化三方面, 论述了航空复合材料板簧式缓冲件结构的具体设计形式。

关键词：航空复合材料,板簧式缓冲件结构设计