桁架梁组件的制作方法

1.本实用新型涉及飞机结构设计领域，具体地涉及对用于支撑飞机中央翼盒的桁架梁的结构设计，具体涉及一种桁架梁组件。


背景技术：

2.作为对飞机中央翼盒的支撑，现有技术中常规的展向梁采用腹板梁结构。这种展向梁主要起到支撑上、下壁板的作用。
3.由于上壁板主要受轴压载荷的作用，容易失稳破坏。考虑到地板纵梁结构高度较低，对上壁板的支持刚度远不如机翼翼肋对机翼壁板的支持刚度。因此，为了提高地板纵梁自身的承载能力及对上壁板的支持刚度，可采用两根展向梁来支持地板纵梁，使地板纵梁成为四支点三跨度的连续梁。
4.常规的采用腹板梁结构的展向梁可采用铝合金7050
‑
t7451整体机械加工成型。此时，腹板为总体连续的整体腹板，在特定型号的机型中，腹板梁的总重量可达32.6kg。
5.在飞机油箱的内部，存在燃油、ewis(电气线路互连系统)、液压系统等的多条管路。如果展向梁采用腹板梁的结构形式，势必存在众多的结构协调开孔，以便排布这些管路。进而，为了弥补这些开孔对结构强度的弱化，需要进一步加强结构，这又导致更多的结构重量的增加。
6.此外，在飞机油箱的内部，还要留出供飞机维修人员和维修器材穿过的通道，以便能够对中央翼内部的各个部位进行检查和维护。如果展向梁采用腹板梁的结构形式，在四支点三跨度支撑的情形中，中央翼油箱内部会被隔成三个狭小的空间。在相邻的空间之间穿梭时，维修人员不得不从腹板梁或者壁板上的开孔钻进和钻出，而对于维修工具和维修器材、尤其是大件物品的搬移则更为不易。


技术实现要素：

7.基于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于，提供一种重量轻、空间开敞的桁架梁组件，同时这种桁架梁组件能够满足对飞机地板纵梁的支撑要求。
8.为此，本实用新型提出了一种桁架梁组件，所述桁架梁组件用于支撑飞机中央翼盒，所述桁架梁组件包括：
9.梁框，所述梁框呈矩形框架形式，所述梁框包括上半部分和下半部分，且在所述梁框上设置有多个拉杆安装部；
10.多个拉杆，每个所述拉杆将分别处于所述上半部分和下半部分的两个拉杆安装部相连接，以支撑所述梁框，所述拉杆与梁框构成多个三角形结构。
11.通过梁框和拉杆构成桁架梁组件来替代连续腹板，在提供足够强度要求的前提下，减轻了飞机展向梁的总重量，并且本身即提供了大量开敞空间，无需再专门加工穿过腹板的通孔。
12.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，至少一个所述三角形结构内部
留有供安装维修操作的空间。
13.通过合理选择三角形结构的内部空间，便于人员和/或设备等穿过桁架梁组件。
14.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，上半部分的拉杆安装部与下半部分的拉杆安装部交错设置，每个所述拉杆连接相邻的两个拉杆安装部。
15.通过交错设置的拉杆安装部，避免了竖直布置的拉杆，从而有利于在坠撞情况下断开的拉杆对飞机结构和商载构成过大的破坏，从而有利于改善飞机的整体安全性。
16.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述拉杆是筒状空心拉杆。
17.空心结构的拉杆，一方面减少重量，另一方面可以增加抗弯刚度，从而在保证结构刚度的同时进一步有利于轻量化的目的。
18.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述梁框的下半部分还包括龙骨梁连接架，所述龙骨梁连接架位于所述梁框的下半部分的底部上且向上延伸，所述龙骨梁连接架上设有多个拉杆安装部。
19.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述龙骨梁连接架包括设有拉杆安装部的上部横梁以及将上部横梁与所述梁框的底部相连接的多个龙骨梁连接部。
20.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述上部横梁上设有两个拉杆安装部，多个所述龙骨梁连接部中包括从这两个拉杆安装部向下向所述龙骨梁连接架的中心延伸且在所述梁框底部处会合的两个中心龙骨梁连接部。
21.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述两个中心龙骨梁连接部分别沿着连接在所述龙骨梁连接架上的两个拉杆的方向延伸。
22.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，所述两个中心龙骨梁连接部在所述梁框的下半部分的中心处会合。
23.在根据本实用新型的桁架梁组件的优选实施例中，多个所述龙骨梁连接部中包括从所述上部横梁的两端分别向两侧并向下延伸到所述梁框的下半部分并且与所述上半部分的拉杆安装部对齐的两个外侧龙骨梁连接部。
24.为了满足最中间的地板纵梁和龙骨梁的连接要求，避免坠撞情况下对商载构成的威胁，龙骨梁连接架的设置可以实现：最中间的龙骨梁连接处的载荷可以通过该龙骨梁连接架传递，上面最中间的地板纵梁的载荷可以通过拉杆传递到龙骨梁连接架上，并通过与之对应的龙骨梁连接部传递到梁框。整个龙骨梁连接架用加筋的形式增加强度，提高抗弯刚度，从而保证龙骨梁连接架的稳定性。
25.本实用新型的有益效果至少在于，
26.1)整体重量轻
27.与采用腹板梁的形式相比，采用桁架梁的形式，采用同样材料的整体机加框架为18.76kg，此重量为部分转角和所有底角尚未倒角时的重量，整体机加框架最终约为19kg；拉杆共10根，重量为6.16kg，此重量尚不包括细化的开孔等，最终约为6.1kg，总共25.1kg。
28.2)减少了系统与结构的开孔协调
29.如果采用桁架梁的形式，内部空间宽敞，不存在复杂的结构和系统的开孔协调。
30.3)内部空间宽敞，检修通道通畅
31.如果采用桁架梁的结构形式，内部空间宽敞，检查和维修通道通畅，检查工具和维修器材容易搬移。
32.4)整体安全性好
33.避免了竖直拉杆的存在，避免了在飞机坠撞，防止竖直拉杆对商载构成威胁。
34.应了解的是，上文的一般描述和下文的详细描述说明了各种实施例并且旨在提供理解要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。
35.本文件包括附图，以提供对各种实施例的进一步理解。附图纳入于本说明书中并且构成本说明书的部分。附图示出了本文所描述的各种实施例，并且与文字描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
36.参考以上目的，本实用新型的技术特征在下文中清楚地描述，并且其优点从以下参考附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本实用新型的优选实施例，而不限制本实用新型的范围。
37.附图中：
38.图1是根据本实用新型的优选实施例的用于支撑飞机中央翼盒的桁架梁组件的正视示意图。
39.图2是图1中所示的根据本实用新型的优选实施例的用于支撑飞机中央翼盒的桁架梁组件的拆除龙骨梁连接架后的梁框的正视示意图。
40.图3是图1中所示的根据本实用新型的优选实施例的用于支撑飞机中央翼盒的桁架梁组件的拉杆的正视示意图。
41.图4是图1中所示的根据本实用新型的优选实施例的用于支撑飞机中央翼盒的桁架梁组件的龙骨梁连接架的正视示意图。
42.附图标记列表
43.100 桁架梁组件
44.110 梁框
45.111 拉杆安装部
46.112 顶部横梁
47.113 底部横梁
48.114 立柱
49.115 龙骨梁连接架
50.120 拉杆
具体实施方式
51.现在将详细地描述本实用新型的实施方式，这些实施方式的示例被显示在附图中并在下文中被描述。
52.尽管本实用新型将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本实用新型限制为所例示的那些实施例。相反，本实用新型旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且还覆盖可以被包括在本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其他实施例。
53.为了便于解释和精确定义本实用新型的技术方案，术语“上”、“下”、“内”和“外”用
于参考在附图中所示的示例性实施例的特征的位置来对这些特征进行描述。
54.参考图1，示出了根据本实用新型的优选实施例的桁架梁组件100。桁架梁组件用于支撑飞机的中央翼盒。要指出的是，在支撑飞机的中央翼盒时，根据本实用新型的桁架梁组件100可以采用与现有技术中的展向梁相同的布置方式。换言之，在优选实施例中，可以将多个本实用新型的桁架梁组件100垂直于飞机的地板纵梁(图中未示出)布置，以便例如构成四支点三跨度支撑。当然，如下文中所述的那样，由于根据本实用新型的桁架梁组件100的重量相较腹板结构而言大大减小，故而允许布置更多数量的桁架梁组件100，从而允许设置更多的支点并形成更多的跨度。
55.一般而言，桁架梁组件100的上面与飞机地板纵梁(图中未示出)相接，桁架梁组件100的下面与龙骨梁(图中未示出)相接。
56.继续参见图1，根据本实用新型的优选实施例的桁架梁组件包括：梁框110 和多个拉杆120。
57.参见图1和图2，在优选实施例中，梁框110总体上呈矩形框架形式。此外，本领域技术人员还可以根据梁框110所要安装于的中央翼盒的具体型式、尤其是其内轮廓而选用相应梁框的形状、尤其是其外轮廓。例如，梁框110还可呈梯形、平行四边形等其他形式。
58.梁框110包括上半部分和下半部分。要指出的是，本文中所提到的上半部分和下半部分并没有要在任何意义上将梁框110分成两个对等的部分，仅仅是为了便于描述，而将在安装位置中从所梁框110的最上部位置向下延伸到假想分界线的部分称为梁框110的上半部分，而将在安装位置中从所梁框110的最下部位置向上延伸到假想分界线的部分称为梁框110的下半部分。该假想分界线位于最上部位置与最下部位置之间，例如可在最上部位置与最下部位置中间的二分之一处。此外，该假想分界线可以是直线、折线或曲线。
59.在图中所示的优选实施例中，矩形的梁框110包括顶部横梁112、底部横梁113和分别在两侧将顶部横梁112和底部横梁113相连的立柱114。在附图中所示的优选的实施例中，梁框110的下半部分还可包括龙骨梁连接架115。例如参见图1，龙骨梁连接架115可位于梁框110的下半部分的底部上且向上延伸。更具体地，在图1中，龙骨梁连接架115从底部横梁113向上延伸。
60.在梁框110上设置有多个拉杆安装部111。参见图1和图2，若将梁框110 在高度方向上的约二分之一处分为上半部分和下半部分，则在图中所示的优选实施例中，梁框110的上半部分设有六个关于竖直中线轴对称分布的六个拉杆安装部111(图2中仅示出了四个)，梁框110的下半部分设有六个关于竖直中线轴对称分布的六个拉杆安装部111。上半部分中的六个拉杆安装部111中的四个拉杆安装部111设置在梁框110的顶部横梁112上，剩余的两个拉杆安装部111位于梁框110的立柱114上。下半部分中的六个拉杆安装部111中的四个拉杆安装部设置在梁框110的底部横梁113上，剩余的两个拉杆安装部111 位于龙骨梁连接架115(参见图1和图4)上。然而，龙骨梁连接架115上也可设有多于两个拉杆安装部111。
61.此外，本领域技术人员将理解的是，上述拉杆安装部111的特定分布仅是示例性的优选实施例，本领域技术人员可以根据实际需要、例如根据与周边的协调关系而选用其他的布置，例如非轴对称的布置，在立柱114上不布置拉杆安装部111等等，在此不再赘述。
62.根据优选的实施例，可利用整体机加工的形式来形成整体梁框。但本领域技术人员也可以选择将构成梁框110的一个或多个部分设置成可拆卸的，例如将龙骨梁连接架115
设置成可拆卸的，以便于对特定部分的替换。
63.现参见图1和图3，从图中可以看到，每个拉杆120将分别处于上半部分和下半部分的两个拉杆安装部111相连接，以支撑梁框110，这些拉杆120与梁框110共同构成多个三角形结构。在图1的优选实施例中可以见到关于梁框 110的竖直中线对称的八个三角形结构。并且，本领域技术人员可以想见，在不设有龙骨梁连接架115的实施例中，中间的两根拉杆120将在连接在底部横梁113上的同一位置处(即底部横梁113的中点处也成为另一拉杆安装部111)，因而可以在梁框110的中间部分另外形成三个三角形结构。
64.在优选的实施例中，至少一个三角形结构内部留有供安装维修操作的空间。一般而言，可以在面积最大的三角形结构内部留有供安装维修操作的空间。替代地，也可以在便于接近的三角形结构、例如是在底部横梁113上具有边的三角形机构内部留有供安装维修操作的空间。上述供安装维修操作的空间例如允许维修人员从中穿过，和/或允许维修设备或所要安装在其中的设备从中穿过。
65.在附图中所示的优选实施例中，例如参见图1和图4，龙骨梁连接架115 包括设有拉杆安装部111的上部横梁以及将上部横梁与梁框110的底部相连接的多个龙骨梁连接部115。优选地，两个中心龙骨梁连接部115可在梁框110 的下半部分的中心处会合。同样优选地，多个龙骨梁连接部115中可包括从上部横梁的两端分别向两侧并向下延伸到梁框110的下半部分并且与上半部分的拉杆安装部对齐的两个外侧龙骨梁连接部。这两个外侧龙骨梁连接部可在与位于梁框110的上半部分中的拉杆安装部111竖直对齐的位置处连接到梁框110 的下半部分，并且更特别地，这两组竖直对齐的位置可关于梁框的竖直中线对称布置。此外，同样参见图1和图4，优选地，龙骨梁连接架115的上部横梁上可设有两个拉杆安装部111，多个龙骨梁连接部中包括从这两个拉杆安装部向下向龙骨梁连接架的中心延伸且在梁框110的底部处会合的两个中心龙骨梁连接部。
66.在优选的实施例中，拉杆120可以是筒状空心拉杆。更优选地，拉杆120 的内部空心部分的体积远大于其筒壁本身所占的体积。具体在图中所示的优选实施例中，拉杆120具有圆筒状的空心主体。
67.例如参见图3，可以看到拉杆120的两端可设有渐缩部段，以便于通过其两端与拉杆安装部111相互接合。拉杆120的材料可采用与梁框或与现有技术中的腹板相同或具有相似性质的航空材料，例如是金属或合成材料等等。
68.拉杆120与拉杆安装部111之间的连接或接合可借助本领域常见的紧固装置、例如螺纹紧固件之类的可拆卸紧固件来实现，在此不再赘述。
69.在这里还要指出的是，本文中的拉杆120并未明确限定其仅经受拉伸载荷，而是其也可承受压缩载荷或两种载荷的组合。
70.在另外的优选的实施例中，例如从图1中可以最清楚地看出的，上半部分的拉杆安装部111与下半部分的拉杆安装部111交错设置，每个拉杆120连接相邻的两个拉杆安装部111。本文中所称的“交错”是指在竖直方向上错开。换言之，每个拉杆120在安装状态下均相对于竖直方向偏移一角度。
71.在设有龙骨梁连接架115的优选实施例中，两个中心龙骨梁连接部可分别沿着连接在龙骨梁连接架115上的两个拉杆110的方向延伸。
72.对本实用新型所提出的桁架梁组件100开展有限元分析，结果如下。
73.在2.5g工况下计算得出的龙骨梁连接架150的应力云图，其中，最大应力约为268mpa，材料的拉伸破坏应力为524mpa，强度可以满足要求，说明该实用新型能够用来替代常规连续腹板梁。
74.在坠撞载荷下计算得到桁架梁组件100的应力云图及龙骨梁连接架150的钉载图，其中，最大应力为465mpa，最大钉载为9020n，材料的拉伸破坏应力为524mpa，钉的许用剪切载荷为20693n，说明该桁架梁组件100在坠撞情况下强度可以满足设计要求。
75.以上已详细描述了本实用新型的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。
76.考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。