机翼整体油箱密封变形机理分析.pdf

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1、2014年第3期JIANGSUAvIATIoN29机翼整体油箱密封变形机理分析◎黄兴隆／南京航空航天大学航空宇航学院现代高性能飞机普遍采用机翼整体油箱结构，机翼整体油箱可以增大飞机燃油贮量，增加飞机续航时间、飞机航程，改善飞机的飞行性能。机翼整体油箱的结构除了满足结构设计的强度刚度要求外，还必须满足整体油箱的密封要求，油箱的密封设计与飞机的安全性能是紧密相关的，因此对整体油箱的密封变形进行深入分析，具有非常重要的工程实际意义。1典型盒段整体油箱缝外边缘变形分析图1简化盒段结构的整体油箱模型整体油箱结构主

2、要由上下蒙皮、桁条、前后梁、普通翼肋、加强翼肋等结构通过铆钉连接而成。由于复合材料整可以通过钉元的变形或虚应力的大小反映梁缘条和蒙皮体油箱中蒙皮和桁条采用整体固化成形，不存在密封变形之间缝外变形的大小。模型中梁缘条宽度为40mm，真问题，因此主要考虑的是蒙皮壁板和梁、肋骨架之间密封实钉元排距为20mm，即图2中1、2点之间距离，边距为连接变形问题。在机翼弯曲变形条件下，机翼蒙皮壁板和10mm，即2、3点之间距离。翼梁缘条之间存在较大的相对变形，因此本文重点分析蒙23蒙皮皮壁板和翼梁缘条之间的连接变形问题

3、。梁缘条密封剂的弹性变形有一定的限度，特别是在高空低温环境下，密封剂的弹性大大降低，因而结构连接缝的剪切梁腹板变形和C-j,-~变形都必须严格控制。经验表明，当壁板与骨架连接部位的分离间隙超过0．25mm时就有可能将缝外Z密封胶拉断。因此控制壁板和骨架连接部位的分离间隙是整体油箱结构密封变形分析的重点。本文将重点分析影响密封连接缝外边缘变形大小的因素及其规律变化。图2蒙皮与梁缘条之间铆钉连接细节1．1典型tk-段有限元模型的构造实际机翼整体油箱的蒙皮壁板是双曲度曲面，x,：J-其缝盒段所承受的油压以压强

4、的形式加载在盒段的六个外边缘变形大小进行建模和Ys"析的难度较大，为了分析整面上，方向由内向外，大小为0．065MPa。假定盒段结构体油箱密封变形的失效机理，归纳控制密封变形的影响因承受向上的弯矩，所加弯矩大小接近蒙皮壁板的屈曲失稳素，本文首先对机翼整体油箱进行了简化，通过对整体油载荷。在盒段的右端，即z一2000mm处施加弯矩为上箱的简化模型——盒段结构的密封特性进行建模分析。压下拉的线分布力，线分布力的大小为420N／ram。典型盒段结构模型由肋分割成三个盒段，上下蒙皮均1．2铆钉参数对密封变形的影

5、响分布有四根桁条，桁条为工字型梁单元。整体油箱所用材在油压载荷作用下，整体油箱结构的四壁有向外变形料为复合材料和铝合金，盒段模型中蒙皮、梁缘条以及梁的趋势，通过铆钉把蒙皮和前后梁、翼肋连接起来，给蒙皮腹板均采用复合材料，肋采用铝合金材料。其中盒段模型提供了刚度支持，约束住蒙皮向外的变形，因此起连接作的中间盒段为实际密封变形分析关注的部位，盒段模型为用的铆钉受到了油压载荷的作用，在此载荷作用下，铆钉悬臂梁模型，为消除加载端和约束端蒙皮应力集中，盒段主要承受拉伸载荷。此外机翼整体油箱还要承受机翼的两侧的上下

6、蒙皮采用厚度渐变过渡，此外上下蒙皮厚度对总体的弯矩、剪力和扭矩，尤其是机翼弯矩，机翼会产生较称布置。大的弯曲变形，由此会导致机翼蒙皮的连接铆钉产生较大盒段结构整体示意图如图1所示。的剪切变形，如果机翼蒙皮较厚，连接铆钉还会有较大的在梁缘条和蒙皮有紧固件的位置布置真实的钉元，图弯曲变形。因此机翼蒙皮连接铆钉在上述拉伸载荷、剪切2中的1、2两点处为真实~q-元。为了能有效反映翼梁缘载荷和弯曲载荷作用下会产生复杂的变形模式，这些变形条边缘和蒙皮壁板之间的相对变形，本文采用构造虚元的会对整体油箱的密封特性产生重

7、要影响。方法，在梁缘条内侧边缘和蒙皮对应的位置，即图2中的本文通过在有限元模型中改变铆钉的边距以及排距，3点处，布置一排虚钉元，其三个方向的刚度均为1，这样来研究其对整体油箱的密N-变形的影响规律。初始模型30江苏航空总第138期的铆钉边距为10mm，排距为20mm，梁缘条总宽度为4O进一步的简化，构造出简化梁元，相比盒段模型，梁元在结mm，在临界失稳载荷作用下，上下蒙皮处缝外密封变形构力学中有详细的理论公式，能推导出梁元模型的理论结图图3所示。果，简化成梁元模型能大大减少有限元建模以及分析的工作量，加

8、快研究进度。2．1简化梁元的有限元模型及分析结果针对整体油箱密封变形特征，取油箱盒段蒙皮变形最大的横断截面作为简化梁元的构造依据，忽略蒙皮和梁腹板的平面二维效应，并利用结构对称性，把整体油箱简化为一个梁架结构。该简化梁元模型的典型尺寸为高7Omm，宽500mm，钉元采用bush元连接，铆钉刚度与典型盒段中实际铆钉刚度保持一致。梁元截面为宽W一10mm，高H一1mm的实心矩形。Coord0．1在本梁元模型中，通过研究铆钉排距d、边距e、es对