一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱与流程

本申请涉及但不限于民机储水技术领域，尤指一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱。

背景技术：

供水系统水箱为民机使用过程中用于储水的主要产品，为民机在飞行中对乘客和机组人员供水主要来源。

目前，国内民机用供水系统水箱皆整体采购国外供应商的水箱，国内还没有任何厂家设计和加工民机所需要水箱，且国外采购的水箱的形式和产品特征固定，与民机用供水系统使用过程中并不能达到较好的适配性。

技术实现要素：

本发明的目的：为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱，以提供满足民机用供水系统使用需求以及提供与民机用供水系统具有较高适配性的水箱的目的。

本发明的技术方案：本发明实施例提供一种民机用供水系统水箱设计方法，包括：步骤1，根据民机的结构特征和功能需求确定水箱的形状；

步骤2，根据民机飞行运行特征的强度需求确定所述水箱的主体结构；

步骤3，根据民机对维护性和安全性需求确定水箱的维护口位置和水箱内胆的结构和形式；

步骤4，根据水箱与供水系统中各设备的连接要求确定水箱的接口功能和接口数量；

步骤5，根据民机使用的环保要求，确定水箱所有零部件材料，从而形成民机用供水系统水箱的整体设计方案。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，所述步骤1包括：

根据民机舱体分为客舱和货仓两部分的结构特征，以及基于满足民机货仓内安装空间和最大化水箱体积的需要，将所述水箱的形状确定为：以轴向设置于机体方向的中部圆柱筒，以及设置于中部圆柱筒两端、且与所述中部圆柱筒一体化结构的端部半球体。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，所述水箱在民机运行过程中与强度要求相关的承压和承力包括：正承压载荷、冲击和坠撞、震动；所述步骤2包括：

步骤21，当水箱承受正承压载荷时，所述水箱受力为沿圆周法向由内均匀向外的方向，根据步骤1中所确定的水箱形状，为增强水箱整体结构的承压要求，在所述中间圆柱筒上部的中间增设一层防止水箱发生弹性变形的结构层，所述结构层为蜂窝材料的中间层；

步骤22，基于水箱在民机货仓中的安装方式，通过对水箱承受冲击和坠撞时的受力特点分析和力传递性特点，在水箱的中间圆柱筒的筒壁两端与舱体连接的位置设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体，并采用配合使用的钢带通过“u”型环状体将水箱与机身进行四点固定；

步骤23，基于水箱在民机货仓中的安装方式，通过对水箱承受震动时的受力特点分析，在所述中间圆柱筒下部的中间增设一层防止水箱发生弹性变形的结构层，所述结构层为蜂窝材料的中间层；安装方式采用步骤22中在水箱的中间圆柱筒的筒壁两端与舱体连接的位置设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体，并采用配合使用的钢带通过“u”型环状体将水箱与机身进行四点固定。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，通过所述步骤2得到的水箱的主体结构特征：

所述主体结构为内层、中间层和外层三层结构，其中，所述内层和外层采用具有预设厚度的复合材料，中间层采用具有预设厚度的蜂窝材料；并且水箱的中间圆柱筒的筒壁两端分别设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体和配合使用的安装部件。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，所述步骤3包括：

步骤31，基于步骤2中所确定的水箱的内层和外层采用复合材料的结构特征，在水箱内层的内表面增设一层具有预设厚度的薄膜内胆，且所述薄膜内胆采用抗冲击材料；

步骤32，将所述水箱的维护口设置于中间圆柱筒的上部，且所述维护口与水箱的上部连接口为共用结构。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，所述步骤4中所确定的水箱的接口包括：下部连接口，以及与所述步骤32中维护口设置为共用结构的上部连接口；

其中，所述上部连接口通过总承和盖板，将所述上部连接口分为：增压空气输入接口、防止清水溢流接口、探测水箱水位的传感器接口和探测水箱压力的传感器接口；

所述下部连接口通过机身结构上的过渡件连接到水箱排水勤务接口、提供乘客使用的清水接口。

可选地，如上所述的民机用供水系统水箱设计方法中，所述步骤5包括：

根据民机使用中对轻质量的要求，所述水箱的材料选用复合材料和塑料件；根据民机使用中对防污染的要求，水箱总体结构中与介质水和气有直接接触的内胆、上部连接口、下部连接口采用食品级塑料，水箱内层中的增强层和缠绕层、外层采用满足环保要求的碳纤维，中间层采用满足环保要求的蜂窝材料，机身连接块采用满足环保要求的塑料。

本发明实施例提供一种民机用供水系统水箱，采用如上述任一项所述的民机用供水系统水箱设计方法得出的民机用供水系统水箱；

所述民机用供水系统水箱的总体结构包括：外层1、中间层2、内层3、上部内层连接块4、上部外层连接块5、下部外层连接块6、下部内层连接块7和机身连接块8；

所述外层1和内层3形成所述水箱的整体形状为：中部圆柱筒，以及设置于中部圆柱筒两端、且与所述中部圆柱筒一体化结构的端部半球体；所述水箱以中部圆柱筒的轴向水平放置于飞机货舱中，通过设置于中部圆柱筒筒壁两端的机身连接块8采用环形箍将水箱固定在飞机舱壁上；所述机身连接块8包括设置在中间圆柱筒的筒壁两端、且环绕在筒壁周向上的两个“u”型环状体；

所述水箱以中部圆柱筒与飞机舱壁连接的上部和下部区域中，外层1和内层3之间形成有用于增强结构强度的中间层2，且中部圆柱筒的上部设置有由上部内层连接块4和上部外层连接块5形成的上部连接块，下部设置有由下部外层连接块6和下部内层连接块7形成的下部连接块。

本发明的有益效果：本发明实施例提供一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱，其中水箱设计方法中，首先依据民机的结构特征和功能需求确定水箱的整体形状，其次根据强度需求确定水箱主体结构，再次依据维护性和安全性需求确定水箱维护口位置和水箱内胆设计要求，接着确定水箱与供水系统其他设备接口设计要求，最后，依据环保需求，确定水箱所有零部件材料要求，从而形成解决水箱设计技术方案。本发明依据上述设计过程中的考虑因素得到的民机用供水系统水箱，首先，具有与民机结构匹配性高的外形，即水箱整体外形为中部圆柱筒+两端半球体的整体结构，其次，具有符合民机使用中承载和承力要求的结构特征，即水箱结构包括内层+外层+中间层的三层结构，且中间层采用纸蜂窝材料，具体设置于中部圆柱筒安装位置的上下两侧，且中部圆柱筒上设置有与飞机舱壁连接的两个“u”型环体结构的机身连接块8，再次，水箱设置有防渗漏的内胆以及与飞机其它设备连接的上部和下部连接块，另外，基于轻质量和环保要求，水箱的整体结构采用复合材料+注塑件的结构，并且对与介质水和气直接接触的部件特别采用食品级塑料。采用本发明实施例提供的技术方案得到的民机用供水系统水箱，可以提供目前国内民机生活设备系统配套使用，能承受一定内压，防污染性好，质量轻，同时通过国产化摆脱对国外供应商的依赖。。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种民机用供水系统水箱设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种民机用供水系统水箱的整体结构示意图；

图3为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱的俯视图；

图4为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中内层与上部和下部连接块的连接结构示意图；

图5为图4所示实施例提供的民机用供水系统水箱中b-b的剖面图；

图6为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中中间层的展开形状的示意图；

图7为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中上部内层连接块的结构示意图；

图8为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中上部外层连接块的结构示意图；

图9为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中下部内层连接块的结构示意图；

图10为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中下部外层连接块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

针对目前民用供水系统水箱完全依赖从国外供应商方采购的水箱，以及采购的水箱的形式和产品特征固定，与民机用供水系统使用过程中并不能达到较好的适配性的问题，本发明实施例提供了一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱。

从国际形势发展来看，为摆脱国外供应商诸多限制，迫切需要国产化；民机水箱一般由储存清水的水箱主体、上接口(为与增压空气输入、防止清水溢流、探测水箱水位的传感器和探测水箱压力的传感器等连接接口)、下接口(为与水箱排水勤务、提供乘客使用清水等连接接口)、与机身连接点等四大部分组成。基于民机水箱使用特点和国外发展现状，如何使得水箱质量更轻、防污染性好，同时还要确保水箱能承受一定内压，这也是民机水箱技术上的一个困难点。

为了使得水箱质量更轻、防污染性好，同时还要确保水箱能承受一定内压这个问题，本发明实施例结合水箱在飞机上使用特点，通过采用满足环保需求的材料，可使水箱主体成型后整体质量轻，同时对水箱主体和上下接口进行分层设计，最后形成所需要的水箱。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱的流程图。本发明实施例提供的民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱可以包括如下步骤：

步骤1，根据民机的结构特征和功能需求确定水箱的形状；

步骤2，根据民机飞行运行特征的强度需求确定所述水箱的主体结构；

步骤3，根据民机对维护性和安全性需求确定水箱的维护口位置和水箱内胆的结构和形式；

步骤4，根据水箱与供水系统中各设备的连接要求确定水箱的接口功能和接口数量；

步骤5，根据民机使用的环保要求，确定水箱所有零部件材料，从而形成民机用供水系统水箱的整体设计方案。

以下对本发明实施例提供的民机用供水系统水箱设计方法在设计过程中，针对水箱的结构特征、强度需求以及使用需求的具体设计方式进行说明。本发明实施例中水箱的设计方案主要考虑以下几个方面的要求。

第一，水箱的形状设计；

一般民机分客舱和货仓两大部分，以地板作为分界线，通常水箱布置在地板下的货仓内，而货仓高度有限；另外，基于水箱的使用需要，通常要求水箱体积可以满足飞机货仓内安装空间的最大化体积要求。

因此，根据民机舱体分为客舱和货仓两部分的结构特征，以及基于满足民机货仓内安装空间和最大化水箱体积的需要，将水箱的形状确定为：中间圆柱筒+两端半球体，具体形状为：以轴向设置于机体方向的中部圆柱筒，以及设置于中部圆柱筒两端、且与中部圆柱筒一体化结构的端部半球体。相比而言，采用中部圆柱筒的水箱与矩形或其他形状相比，该中部圆柱筒+两端半球体具有占用最小空间和最适合安装的特点，非常适合民机结构的需要。

第二，水箱的主体结构设计；

由于水箱强度要求主要涉及承受正承压载荷、冲击和坠撞、震动这三个方面，因此水箱的主体结构设计需考虑以上三个方面的强度要求，即本发明实施例中主体结构的设计主要从以上几个方面的承压和承力特征进行设计。

(1)，当水箱承受正承压载荷时，根据水箱使用工况，水箱受力为沿圆周法向由内均匀向外的方向，而根据已确定的水箱形状特征，其中间圆柱筒相比两端半球体的水平距离要长，当水箱采用复合材料时，水箱中间圆柱筒部分较两端弧形发生弹性变形的趋势要大，为增强水箱整体结构的承压要求，需在中间圆柱筒上部的中间增设一层防止水箱发生弹性变形的结构层，该结构层可以设置为蜂窝材料的中间层。

(2)，当水箱承受冲击和坠撞时，结合水箱在飞机货仓中的安装方式，无论是顺航向，还是垂直于航向，通过受力分析和力的传递性特点，水箱最大受力点在水箱与机身连接点处，当水箱采用复合材料时，为满足强度要求，通过在水箱的中间圆柱筒的筒壁两端与舱体连接的位置设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体，并采用具有一定宽度的钢带通过“u”型环状体将水箱与机身进行四点固定。通过本发明实施例中设计的水箱与机身的连接方式，即四点固定方式比采用条状体或四处局部安装点等固定方式的可靠性提高很多。

(3)，当水箱承受震动时，结合水箱在飞机货仓中的安装方式，根据水箱受力特点，主要受力在水箱圆筒下半部分和与机身安装处，为防止水箱中间圆柱筒下半部分在长时间震动状态下产生变形可能，可在中间圆柱筒下部的中间增设一层防止水箱发生变形的结构层来提高中间圆柱筒部分的结构强度。

对于机身安装处的防护方式与上述“水箱承受冲击和坠撞时”相同，即在水箱的中间圆柱筒的筒壁两端与舱体连接的位置设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体，并采用具有一定宽度的钢带通过“u”型环状体将水箱与机身进行四点固定。

综合上述三个方面的承压和承力特定的分析，水箱的主体结构可以确定为：由内层+中间层+外层三部分组成，其中，内层和外层采用一定厚度的复合材料，中间层采用一定厚度的蜂窝材料；同时在水箱的中间圆柱筒的筒壁两端分别设置两个环绕在筒壁周向上的“u”型环状体和配合使用的安装部件。

第三，水箱的维护口和内胆设计；

对水箱内表面可能存在漏水和漏气问题，原因在于当水箱采用复合材料时，无论是采用玻璃钢材料或碳纤维材料，都属于纤维类植物，整体铺贴加缠绕而成的箱体是不可能保证内部100％不漏水和漏气，基于此，应在水箱内层表面增设一层一定厚度且抗冲击材料(类似于水瓶、水杯内胆)的薄膜内胆，目的是确保水箱内层不漏水。

另外，基于便于维护的要求，将所述水箱的维护口设置于中间圆柱筒的上部，其该维护口可以与水箱的上部连接口为共用结构。

综合以上分析，水箱维护口可设置在水箱上部，具体设置在中间圆柱筒的上部，同时在水箱内层表面增设一层内胆，这样既可以满足维护性需求，同时安全性更高。

第四，水箱的接口功能和总体设计；

确定的水箱的接口包括：下部连接口，以及与所述步骤32中维护口设置为共用结构的上部连接口；其中，上部连接口通过总承和盖板，将所述上部连接口分为：增压空气输入接口、防止清水溢流接口、探测水箱水位的传感器接口和探测水箱压力的传感器接口；下部连接口通过机身结构上的过渡件连接到水箱排水勤务接口、提供乘客使用的清水接口。

按照上述设计方案得到的水箱总体结构为：由内层、中间层、外层、上部连接口(与维护口为共用结构)、下部连接口、机身连接块共六个部分组成，其中内层由里到外分内胆、增强层和缠绕层三部分，上部连接口由上部内层连接块和上部外层连接块两部分组成，下部连接口由下部内层连接块和下部外层连接块两部分组成。

第五，水箱的材料设计；

水箱材料设计主要从防污染、水箱质量轻两个方面考虑。

一方面，质量轻对于水箱是一个很重要的指标，影响水箱质量的因素除了以上结构性之外，另一个就是材料的选用问题，通常材料有不锈钢、复合材料、塑料件，在这里，使用不锈钢制作水箱的质量肯定比采用复合材料、塑料件制作水箱的质量要大，所以在满足水箱使用要求的前提下，选用复合材料、塑料件更为合理。

对于防污染情况，通过分析水箱使用工况，与介质水和气有直接接触的部件涉及到水箱内胆、上部连接口、下部连接口等，其他部件如水箱内层(增强层和缠绕层)、中间层、外层、机身连接块等没有与介质水和气直接接触，因此，水箱材料选用原则应为：水箱内胆、上部连接口、下部连接口等需满足水质要求的均采用食品级塑料；水箱内层(增强层和缠绕层)、外层等采用满足环保要求的碳纤维，中间层采用满足环保要求的纸蜂窝，机身连接块采用满足环保要求的塑料。

基于本发明上述各实施例提供的民机用供水系统水箱设计方法，本发明实施例还通过一种民机用供水系统水箱。如图2所示，为本发明实施例提供的一种民机用供水系统水箱的整体结构示意图，图3为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱的俯视图，同时图2也是图3在a-a剖面线的剖视图。

参考图2和图3所示，本发明实施例提供的民机用供水系统水箱的总体结构包括：外层1、中间层2、内层3、上部内层连接块4、上部外层连接块5、下部外层连接块6、下部内层连接块7和机身连接块8。

基于上述设计方法，可以看出，外层1和内层3形成水箱的整体形状为：中部圆柱筒，以及设置于中部圆柱筒两端、且与中部圆柱筒一体化结构的端部半球体；该水箱以中部圆柱筒的轴向水平放置于飞机货舱中，通过设置于中部圆柱筒筒壁两端的机身连接块8采用环形箍将水箱固定在飞机舱壁上。实际适应于中，本发明实施例中的机身连接块8包括设置在中间圆柱筒的筒壁两端、且环绕在筒壁周向上的两个“u”型环状体.

水箱以中部圆柱筒与飞机舱壁连接的上部和下部区域中，外层1和内层3之间形成有用于增强结构强度的中间层2，且中部圆柱筒的上部设置有由上部内层连接块4和上部外层连接块5形成的上部连接块，下部设置有由下部外层连接块6和下部内层连接块7形成的下部连接块。

如图2所示，上部内层连接块4和下部内层连接块7分别与内层3通过粘接形成一体；中间层2与内层3通过粘接形成一体；在中间层2和内层3粘接后的外表面铺贴外层1，上部外层连接块5与外层1和上部内层连接块4通过粘接形成一体，下部外层连接块6与外层1和下部内层连接块7通过粘接形成一体，机身连接块8与外层1通过粘接形成一体。

如图4所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中内层与上部和下部连接块的连接结构示意图，图5为图4所示实施例提供的民机用供水系统水箱中b-b的剖面图。由图4和图5可以明确的看出，内层3、上部内层连接块4和下部内层连接块7通过粘接形成一体结构的具体结构形式。

本发明实施例在具体实施方式中，内层3包括铺贴层和内胆两部分，其中，内胆位于内层3的内表面，厚度不小于0.2mm，铺贴层位于内胆外表面，上部内层连接块4和下部内层连接块7分别与内层3的内胆通过粘接形成一体；另外，铺贴层包括铺贴于内胆的增强层和缠绕于增强层外部的缠绕层。

如图6所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中中间层的展开形状的示意图。本发明实施例中的中间层2厚度不小于6mm。

如图7所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中上部内层连接块的结构示意图。图7中示意出上部内层连接块4的外形，其结构形式为一个整体注塑件。

如图8所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中上部外层连接块的结构示意图。图8中示意出上部外层连接块5的外形，其结构形式同样为一整体注塑件，上部外层连接块5通过与上部内层连接块4粘接形成上部连接口，采用总承和盖板可以将上部连接口分为与供水系统中的增压空气输入、防止清水溢流、探测水箱水位的传感器和探测水箱压力的传感器等进行对接的接口。

如图9所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中下部内层连接块的结构示意图。图9中示意出下部内层连接块7的外形，其结构形式同样为一整体注塑件。

如图10所示，为图2所示实施例提供的民机用供水系统水箱中下部外层连接块的结构示意图。图8中示意出下部外层连接块6的外形，其结构形式具体为一管型件与注塑件形成的整体结构，该下部外层连接块6通过与下部内层连接块7粘接形成下部连接口。实际应用中，下部连接口的管型件的两个端口分别连接到前机身和后机身，分别通过机体结构上的过度件与水箱排水勤务、提供乘客使用清水等接口对接。

本发明实施例提供的民机用供水系统水箱设计方法及民机用供水系统水箱，其中水箱设计方法中，首先依据民机的结构特征和功能需求确定水箱的整体形状，其次根据强度需求确定水箱主体结构，再次依据维护性和安全性需求确定水箱维护口位置和水箱内胆设计要求，接着确定水箱与供水系统其他设备接口设计要求，最后，依据环保需求，确定水箱所有零部件材料要求，从而形成解决水箱设计技术方案。本发明依据上述设计过程中的考虑因素得到的民机用供水系统水箱，首先，具有与民机结构匹配性高的外形，即水箱整体外形为中部圆柱筒+两端半球体的整体结构，其次，具有符合民机使用中承载和承力要求的结构特征，即水箱结构包括内层+外层+中间层的三层结构，且中间层采用纸蜂窝材料，具体设置于中部圆柱筒安装位置的上下两侧，且中部圆柱筒上设置有与飞机舱壁连接的“u”型环体结构的机身连接块8，再次，水箱设置有防渗漏的内胆以及与飞机其它设备连接的上部和下部连接块，另外，基于轻质量和环保要求，水箱的整体结构采用复合材料+注塑件的结构，并且对与介质水和气直接接触的部件特别采用食品级塑料。采用本发明实施例提供的技术方案得到的民机用供水系统水箱，可以提供目前国内民机生活设备系统配套使用，能承受一定内压，防污染性好，质量轻，同时通过国产化摆脱对国外供应商的依赖。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。