一种驾驶舱出入门口框结构及其设计方法与流程

本发明属于飞机驾驶舱领域，具体涉及一种驾驶舱出入门口框结构及其设计方法。

背景技术：

为了满足飞机的使用性要求，需要在机上布置开口。飞机结构开口形式通常有三种：用于观察窗、加油口处的小开口。其不破坏承力结构的完整性，一般以框架形式沿开口周围用垫板补强，开口处采用快卸螺钉口盖盖上；用于进行系统维护的中型开口，它破坏了机身受力构件的完整性，需采用与开口结构受力构件连成一体的承力口盖。这种口盖用螺钉沿开口周边固定在承力构件上来保证口框与蒙皮共同受剪(受扭时)或受拉压(受弯时)；用于驾驶舱出入门、货舱舱门、起落架舱门等的大开口，一般受条件限制，不能采用同机身受力结构连在一起的承力口盖，需要对开口口框进行刚度补强设计。

飞机驾驶舱出入门属于机身内部舱门，是连接驾驶舱与货舱或者客舱的桥梁通道，要考虑厨房设备整体吊装要求，要考虑舱门的开启方式，还要考虑开门操作的机构和气弹簧要求。通常开口尺寸比较大，造成了所在区域主传力结构零件的削弱和中断，同时开口也造成开口区域局部的应力集中，对机体结构总体传力和刚度带来很大的影响。出入门口框一般采用整体口框或者组合框形式。整体口框刚度性能好，有利于承载，但加工难度大，经济性不好。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种驾驶舱出入门口框结构及其设计方法，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种驾驶舱出入门口框结构，设置在地板面板上的要求开口位置处，包括口框、机加角盒接头、横隔板；所述口框为分段式围框，包括截面呈工字形的纵向加强梁和横向加强梁；该分段式围框呈井字形布置在门体外围，各围框之间通过机加角合接头对接为一整体口框，门体通过铰链接头嵌接在井字形口框内围内，口框与地板面板采用螺栓连接；在井字形口框外围沿纵向方向布置多条彼此平行的横隔板，该横隔板同时通过铆钉与地板面板相连。

优选地是，所述铰链接头采用多个并排设置的螺栓安装。

优选地是，所述口框中的缘条与延伸段均采用双排螺栓与所述地板面板连接，其中，口框缘条与地板面板间连接的螺栓为高锁螺栓。

优选地是，所述口框的对接包括腹板和缘条的连接，口框对接处形成十字四角连接，口框腹板通过自身的加筋和三面角盒以及l形角片背靠背连接，其中口框腹板与角片、角盒使用双排高锁螺栓连接；缘条通过十字角片进行连接，连接件为双排高锁螺栓。

优选地是，所述横隔板与所述地板面板采用单排铆钉连接。

优选地是，在井字形所述口框外围两所述纵向加强梁之间设置一处纵梁。

一种驾驶舱出入门口框结构的设计方法，包括如下步骤，

步骤一：在地板面板开口位置处布置呈井字形摆放的横向加强梁和纵向加强梁；

步骤二：井字形口框各加强梁之间的对接；

步骤三：计算横向加强梁和纵向加强梁截面尺寸；

步骤四：门体与口框加强梁通过铰链接头连接；

步骤五：地板面板与口框缘条通过双排高锁螺栓连接；

步骤六：口框延伸段连接；

步骤七：横隔板的连接。

优选地是，步骤二中，口框对接包括腹板和内缘的连接，口框对接处形成十字四角连接，腹板通过自身的加筋和三面角盒以及l形角片背靠背连接，口框腹板与角片、角盒连接使用双排高锁螺栓，再连接到腹板上，内缘通过十字角片进行连接，连接件为双排高锁螺栓；

口框上双排螺栓承受剪切载荷，框腹板高h，取口框腹板上正应力σ和剪应力τ耦合的最严重情况计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的破坏挤压载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为所用螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为三面角盒的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

口框腹板之间连接的双排螺栓承受拉力和剪力的复合作用，取连接腹板上最大正应力σ和最大剪应力τ以及外缘上的最大轴向应力σ'计算螺栓的拉剪裕度；

则单个螺栓的工作拉力

单个螺栓的工作剪力

螺栓破坏拉力[pt]，单面破坏剪力为[ps]，则螺栓的拉剪安全裕度为

口框内缘上的螺栓连接按螺栓的剪切强度和螺栓孔的挤压强度计算，内缘宽b，厚度δ，取口框内缘上的最大轴向应力σ计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的破坏挤压载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为所用螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为十字角片的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

步骤四中，铰链接头为多个并排的螺栓，螺栓的破坏拉力为[pt]，单面破坏剪力为[ps]，铰链接头在气密工况下取得最大工作拉力pt，最大工作剪力ps，则连接螺栓的拉伸安全裕度为

螺栓的剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为口框和加强垫板的厚度之和，即δ，材料强度极限σb，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

步骤五中，螺栓的连接强度按螺栓剪切强度和螺栓孔挤压强度计算，取连接处面板的正应力σ和剪应力τ耦合的最严重情况计算螺栓连接强度，

面板自然格子宽b，双排螺栓共n个，则单个螺栓上承受的剪力为

螺栓单面破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为蒙皮和加强垫板的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度

步骤六中，口框延伸段采用双排螺栓连接，螺栓间距为l，取连接处面板的最大剪流差q计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为蒙皮和加强垫板的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度

步骤七中，横隔板与面板使用单排铆钉连接，取面板连接处最大剪流差q计算铆钉连接的强度，连接处厚度δ，最大间距l，则铆钉上的工作剪力为

ps＝ql

铆钉破坏剪力为[ps]，则铆钉的剪切安全裕度

钉孔的工作挤压力等于铆钉的工作剪力，铆钉孔的破坏挤压力[pbr]，钉孔挤压安全裕度：

本发明所提供的一种驾驶舱出入门口框结构及其设计方法的有益效果在于，采用分段围框和机加角盒组合的形式，既满足了周围结构口框的刚度要求，又改善了加工工艺性，降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明驾驶舱出入门口结构的结构示意图；

图2为本发明驾驶舱出入门口结构中井字形加强梁安装示意图；

图3为本发明驾驶舱出入门口结构中加强梁受载简化示意图；

图4为本发明驾驶舱出入门口结构中加强梁受力及变形示意图；

图5为本发明驾驶舱出入门口结构中加强梁截面示意图；

图6为本发明驾驶舱出入门口结构的安装示意图。

附图标记：

1-口框、2-机加角盒接头、3-纵梁、4-横隔板。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的驾驶舱出入门口框结构及其设计方法做进一步详细说明。

如图1和图6所示，一种驾驶舱出入门口框结构，设置在地板面板上的要求开口位置处，包括口框1、机加角盒接头2、横隔板4。口框1为分段式围框，包括截面呈工字形的纵向加强梁和横向加强梁。该分段式围框呈井字形布置在门体外围，各围框之间通过机加角合接头对接为一整体口框，口框的对接包括腹板和缘条的连接，口框对接处形成十字四角连接，口框腹板通过自身的加筋和三面角盒以及l形角片背靠背连接，其中口框腹板与角片、角盒使用双排高锁螺栓连接，缘条通过十字角片进行连接，连接件为双排高锁螺栓。门体通过铰链接头嵌接在井字形口框内围内，铰链接头采用多个并排设置的螺栓安装。口框与地板面板采用螺栓连接，其中口框中的缘条与延伸段均采用双排螺栓与地板面板连接，口框缘条与地板面板间连接的螺栓为高锁螺栓。在井字形口框外围沿纵向方向布置多条彼此平行的横隔板4，该横隔板4同时通过单排铆钉与地板面板相连，在井字形口框外围两纵向加强梁之间还设置一处纵梁3。

下面介绍本发明驾驶舱出入门口框结构的设计方法，包括如下步骤，

(1)在地板面板开口位置处布置呈井字形摆放的横向加强梁和纵向加强梁。(2)井字形口框1各加强梁之间的对接。(3)计算横向加强梁和纵向加强梁截面尺寸。(4)门体与口框1加强梁通过铰链接头连接。(5)地板面板与口框1缘条通过双排高锁螺栓连接。(6)口框1延伸段连接。(7)横隔板4的连接。

下面对各步骤进行详细说明。

步骤一：地板面板开口位置处布置呈井字形摆放的横向加强梁和纵向加强梁，如图2所示。

步骤二：井字形口框1各加强梁之间的对接。

口框对接包括腹板和内缘的连接，口框对接处形成十字四角连接，腹板通过自身的加筋和三面角盒以及l形角片背靠背连接，口框腹板与角片、角盒连接使用双排高锁螺栓，再连接到腹板上，内缘通过十字角片进行连接，连接件为双排高锁螺栓；

口框上双排螺栓承受剪切载荷，框腹板高h，取口框腹板上正应力σ和剪应力τ耦合的最严重情况计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的破坏挤压载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为所用螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为三面角盒的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

口框腹板之间连接的双排螺栓承受拉力和剪力的复合作用，取连接腹板上最大正应力σ和最大剪应力τ以及外缘上的最大轴向应力σ'计算螺栓的拉剪裕度；

则单个螺栓的工作拉力

单个螺栓的工作剪力

螺栓破坏拉力[pt]，单面破坏剪力为[ps]，则螺栓的拉剪安全裕度为

口框内缘上的螺栓连接按螺栓的剪切强度和螺栓孔的挤压强度计算，内缘宽b，厚度δ，取口框内缘上的最大轴向应力σ计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的破坏挤压载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为所用螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为十字角片的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

步骤三：计算横向加强梁和纵向加强梁截面尺寸。

根据传力特点，加强梁可简化为承受均布载荷，两端固支的双支点梁模型，如图3所示，受力简图如图4所示。

根据工程梁理论，加强梁长度l，加强梁承受的均布载荷q，纵梁上最大剪力及弯矩为：

纵梁上最大弯曲应力为：

通过计算确定工字形加强梁截面，其截面如图5所示。

步骤四：门体与口框1加强梁通过铰链接头连接。

驾驶舱出入门通过铰链接头连接到门框上，连接件为多个并排的螺栓。螺栓的破坏拉力为[pt]，单面破坏剪力为[ps]，铰链接头在气密工况下取得最大工作拉力pt，最大工作剪力ps，则连接螺栓的拉伸安全裕度为

螺栓的剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，

取δ为口框和加强垫板的厚度之和，即δ，材料强度极限σb，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度为

步骤五：地板面板与口框1缘条通过双排高锁螺栓连接。

口框处地板面板与口框缘条采用双排螺栓连接，均为高锁螺栓。螺栓的连接强度按螺栓剪切强度和螺栓孔挤压强度计算，取连接处面板的正应力σ和剪应力τ耦合的最严重情况计算螺栓连接强度，

面板自然格子宽b，双排螺栓共n个，则单个螺栓上承受的剪力为

螺栓单面破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为蒙皮和加强垫板的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度

步骤六：口框1延伸段连接。

口框延伸段采用双排螺栓连接，螺栓间距为l，取连接处面板的最大剪流差q计算螺栓上的工作剪力

螺栓破坏剪力为[ps]，则螺栓剪切安全裕度为

螺栓孔的挤压破坏载荷为

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

其中d0为螺栓直径，δ为夹层厚度，kbr为挤压系数，取δ为蒙皮和加强垫板的厚度，挤压系数kbr＝1.8，则

[pbr]＝d0×δ×kbr×σb

工作挤压力pbr等于螺栓上的工作剪力，则螺栓孔的挤压安全裕度

步骤七：横隔板4的连接。

步骤七中，横隔板与面板使用单排铆钉连接，取面板连接处最大剪流差q计算铆钉连接的强度，连接处厚度δ，最大间距l，则铆钉上的工作剪力为

ps＝ql

铆钉破坏剪力为[ps]，则铆钉的剪切安全裕度

钉孔的工作挤压力等于铆钉的工作剪力，铆钉孔的破坏挤压力[pbr]，钉孔挤压安全裕度：

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。