一種民用飛機(jī)貨艙泄壓裝置的設(shè)計(jì)分析

1、一種民用飛機(jī)貨艙泄壓裝置的設(shè)計(jì)分析【摘要】民用飛機(jī)貨艙快速泄壓裝置是對(duì)飛機(jī)增壓艙發(fā)生突然泄壓情況下的一種安全保障，其能夠防止飛機(jī)上不同密閉區(qū)域之間產(chǎn)生過大的壓差，避免結(jié)構(gòu)損壞。本文通過對(duì)一種柔性結(jié)構(gòu)泄壓裝置進(jìn)行有限元分析，探索泄壓裝置在不同安裝預(yù)緊力下打開的臨界壓力值，從而為貨艙泄壓裝置的設(shè)計(jì)提供參考?！娟P(guān)鍵詞】貨艙；泄壓；有限元分析0 前言民用飛機(jī)貨艙應(yīng)急泄壓是飛機(jī)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的一個(gè)問題， 其在適航要求中也有具體條款，CCAR25.365（ e）。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)及貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮機(jī)體結(jié)構(gòu)在突然出現(xiàn)泄壓的情況下，貨艙及貨艙與機(jī)體結(jié)構(gòu)直接的空腔應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)整體安全。若要考慮突然泄壓后由貨

2、艙內(nèi)飾結(jié)構(gòu)承擔(dān)泄壓后的載荷，則貨艙結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)較強(qiáng)從而增加飛機(jī)重量，為了保證貨艙結(jié)構(gòu)安全且能減輕重量，故需要在貨艙增加快速泄壓裝置。從而滿足CCAR25.365（ e）條款的要求。貨艙泄壓板的作用為：在發(fā)生結(jié)構(gòu)破洞時(shí)防止貨艙與三角區(qū)之間壓差載荷達(dá)到結(jié)所能承受的上限值。本文基于以上考慮，采用有限元非線性逐步加載的方式，分析計(jì)算了快速泄壓板在隨著載荷增大的過程中多長時(shí)間能打開，從而減小貨艙結(jié)構(gòu)的載荷。對(duì)不同預(yù)緊力對(duì)泄壓裝置的打開時(shí)間影響進(jìn)行了分析，為后續(xù)泄壓裝置的安裝、調(diào)整提供了參考。1 泄壓裝置結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)泄壓裝置為柔性抽出結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。此裝置的工作原理為：板載壓力作用下從壓條抽出，完成泄壓

3、功能。壓條由螺栓固定在貨艙結(jié)構(gòu)上。圖 1 泄壓裝置結(jié)構(gòu)2 有限元模型建立根據(jù)結(jié)構(gòu)模型建立有限元模型，模型四周固支，壓差載荷逐步加載到圖1 中紅色區(qū)域內(nèi)，螺栓預(yù)緊力預(yù)先加載在各螺栓上。有限元模型如圖2 所示。圖 2 泄壓裝置有限元模型3 有限元分析結(jié)果計(jì)算分兩步，第一步隱式計(jì)算螺栓預(yù)緊力，分別計(jì)算50N，100N， 150N 螺栓預(yù)緊力下的壓緊情況及結(jié)構(gòu)周邊應(yīng)力；第二步顯式計(jì)算增壓過程中泄壓板的一個(gè)變化過程，此計(jì)算步保持了隱式計(jì)算中預(yù)緊力計(jì)算結(jié)果。此兩步計(jì)算能較真實(shí)的模擬泄壓板在增壓過程中的動(dòng)態(tài)變化情況及周邊結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化過程。3.1 取螺栓預(yù)緊力50N，摩擦系數(shù)0.26，則初始螺栓預(yù)緊力分布 1

4、5.44MPa，顯示計(jì)算沖開時(shí)間為0.004s，此時(shí)增壓為 0.02MPa，如圖 3 所示。圖 3 預(yù)緊力為 50N 時(shí)的結(jié)果3.2 取預(yù)緊力 100N，摩擦系數(shù) 0.26，則初始螺栓預(yù)緊力分布 29.8MPa，沖開時(shí)間為 0.012s，此時(shí)增壓為 0.06MPa，如圖 4 所示。圖 4 預(yù)緊力為 100N 時(shí)的結(jié)果3.3 預(yù)緊力 150N，摩擦系數(shù) 0.26，則初始螺栓預(yù)緊力分布 46.28Mpa ，沖開時(shí)間為 0.014s，此時(shí)增壓為 0.07MPa，如圖 5所示。綜上 3 種不同預(yù)緊力情況下的泄壓板打開的臨界壓力，可以看出在摩擦系數(shù)相同的情況下，臨界壓力隨預(yù)緊力的增大而增大，但隨著預(yù)緊力

5、的增大，臨界壓力增加逐漸變小并趨近于某一值。4 結(jié)論本文通過對(duì)一種民用飛機(jī)貨艙快速泄壓裝置在不同預(yù)緊力作用下，逐步尋找柔性泄壓板抽出的臨界壓力值，找出預(yù)緊力與泄壓臨界值的關(guān)系從而為貨艙泄壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、螺栓預(yù)緊力的選擇等提供參考。【參考文獻(xiàn)】1 牛春勻 .實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì) M. 北京：航空工業(yè)出版社， 2008.2Erdogan F， Wu BH. The Surface Crack Problem for aPlate with Functionally Graded PropertiesJ.ASME Journal of Applied Mechangics ，1997， 64： 449-456.3Zienkiewicz OC， Taylor RL.The finite eleme