某型飞机整体壁板设计.docx

吉先武 成文曼 李伟东 中航工业洪都650所结构设计研究部 江西南昌 330024【摘要】 整体壁板是现代先进飞机的重要结构件， 从整体壁板的结 构特点出发， 介绍了整体壁板的结构形式和分类， 重点阐述了某型飞机整体 壁板蒙皮厚度的计算方法、 筋条布置的原则和间距的计算方法， 另外还介绍 了整体壁板加工方法 【关键词】 整体壁板结构特征； 整体壁板设计； 整体壁板加工方法（2） 工形： 筋条的腹板不易加工， 其厚度不应小于3mm； 剖面的惯 性半径大， 临界应力高； 壁板成形较困难 （3）Z形： 筋条的腹板容易加工； 在同样剖面面积的情况下， 其惯 性半径最大； 壁板成形较困难 3.3整体壁板蒙皮厚度设计 整体壁板蒙皮取决于扭转刚度、 抗剪切强度、 稳定性和疲劳、 损伤 容限要求， 以及与其它零件的连接情况和工艺性要求 因为蒙皮厚薄对 结构重量的影响极大， 而某型飞机重量控制又极其严格， 所以设计整 体壁板时， 要根据强度、 刚度和寿命的要求综合考虑蒙皮厚度， 使整体 壁板的重量尽量小 在设计初始阶段， 根据不同的载荷情况， 按扭转刚 度、 稳定性或统计数据确定整体壁板的蒙皮厚度。

1、 引言 随着飞机性能的不断提高， 对飞机结构的气动外形和整体性的要 求也越来越高， 而且随着市场多元化的发展， 进一步降低制造成本， 使 产品更加具有竞争力， 是许多飞机制造厂商面临的主要问题 2、 整体壁板结构特性 飞机的壁板通常是用蒙皮和纵向、 横向加强零件靠铆接、 胶接、 焊 接、 螺接等装配而成 这种装配式壁板的刚度、 强度、 密封性都较差 后 来， 为了减轻结构重量， 逐渐改用整体壁板代替装配壁板， 即壁板的蒙 皮、 加强凸台、 下陷、 筋条等架构要素之间没有任何机械连接 作为飞机上最主要的一类零件——整体壁板， 它既是构成飞机气 动外形的重要组成部分， 同时也是机身、 机翼等的主要承力构件 因此 先进飞机的整体壁板不仅具有复杂的双曲率外形， 同时还具有复杂的 内部结构， 如整体加强凸台、 口框、 肋、 筋条等 这样的零件结构既可以 达到满足外形的要求， 同时又可以达到减少零件数量、 减轻重量和提高 使用寿命的目的 整体壁板主要用于飞机机身、 机翼、 地板和油箱等重要部位， 与传 统的铆接式壁板相比， 整体壁板结构件有以下优点： （1） 可以减轻结构重量。

同一个部件， 在保证同样刚度和强度的情 况下， 由于减少所含零件及紧固件的数量， 整体壁板比铆接壁板结构重 量轻15%～20% （2） 可以提高整体油箱密封性 由于没有蒙皮与长桁连接的钉孔 （或螺栓孔） ， 大大减少油箱的渗漏几率， 而且可以减少密封材料的用 量， 一般比铆接结构减少密封用胶量80% （3） 可以提高结构的疲劳寿命 由于紧固件用量少， 净截面面积大 于铆接壁板， 从而提高结构的疲劳寿命， 同时还可以承受较高的压缩屈 服载荷 （4） 可以缩短装配周期 由于减少了零件和紧固件的数量， 从而减 少67%左右的装配工作量， 简化协调关系， 缩短装配周期 （5） 可以提高飞机性能 由于没有机械连接， 外形尺寸准确， 从而 使机身表面更光滑， 减少了飞行阻力， 提高飞机性能 3、 某型飞机整体壁板设计 3.1整体壁板设计的一般要求 对于整体壁板结构件， 在保证飞机总体设计， 满足结构强度和刚度 的情况下， 应综合考虑减重效果、 制造成本、 制造周期及目前的工艺方 法 因此， 在设计整体壁板结构件时， 对于同一设计要求和具体情况， 可 选取不同的形状， 通过定性分析和定量计算， 选出结构效率高、 满足总 体设计要求、 相对合理并可实现的形状。

3.2整体壁板的剖面形状 以某型飞机的机身整体油箱为例， 因其位于飞机的机身融合段， 既 是机身蒙皮， 参与机身整体受力 （且所受载荷较大） ， 又作为油箱装载 燃油， 有密封要求， 故被设计成整体壁板结构件 机身油箱壁板剖面形 状包含了3种典型剖面形状 （⊥形、 工形、Z形） ， 在满足总体设计要求、 强度要求及密封要求的同时， 又综合考虑了提高结构效率及减轻重量的 要求， 是整体壁板结构件在某型飞机上成功应用的典范 整体壁板的3种剖面形状的特点如下： （1） ⊥形： 容易机械 加工和成 形； 筋条与其他零件的连接较为困 难； 在同样剖面面积的情况下， 比其它形状剖面的惯性半径小； 材料利 用率低1）按扭转刚度计算蒙皮厚度ts 蒙皮厚度必须满足扭转刚度GJ要求， 对于单块式多闭室或单闭室 的较薄机翼， 蒙皮厚度按式（1） 计算（1） 式中：B——整体壁板总宽度； H ——平均剖面高度；m J——满足气动弹性要求的扭转常数 对于较厚机翼可用反推法求蒙皮厚度 首先根据统计数据确定蒙 皮厚度值t ， 校核是否满足扭转刚度要求， 如不满足， 则再给出t ， 直至s 达到接近或满足气动弹性要求的刚度为止。

（2） 按局部失稳临界应力确定蒙皮厚度tss 根据整体壁板板元临界应力确定 一般来说， 蒙皮的临界应力最 低， 假定蒙皮格子四边为间支， 则支持系数k=4， 设最佳临界应力趋近 于σ ， 可按式（2） 计算其蒙皮厚度t0.2s（2） 式中：σ ——材料屈服强度；0.2 b ——整体壁板的筋条间距；s E——材料弹性模量 根据某型飞机的载荷情况， 按上述设计准则， 某型飞机整体壁板 的蒙皮厚度一般在1.5～3mm之间 3.4整体壁板筋条布置 某型飞机整体壁板布置时遵循的原则有：a） 强筋条， 弱蒙皮， 筋条 间距较大；b） 受拉壁板筋条间距较宽， 受压壁板筋条间距较窄；c） 根据 蒙皮的局部临界应力和壁板的总体破坏应力大小， 合理确定蒙皮厚度 t 和筋条间距b 的搭配关系， 使整体壁板的结构重量尽量轻 某型飞机ss 整体壁板筋条间距b 按式（3） 计算s （3） 式中：N——单位宽度上的载荷； L——肋距； E—— 材料弹性模量 根据某型飞机的载荷情况， 按上述设计原则， 某型飞机整体壁板 的筋条间距一般在60～120mm之间 4、 整体壁板加工方法 由于加工方法的选择对零件的成本高低有直接影响， 所以某型飞 机整体壁板结构件在设计之初就征求了工艺部门的意见， 在满足设计要 求的情况下， 尽量选择经济性好的加工方法， 并把加工方法的特点与零 件的结构特点有机的联系起来， 这样既可以满足设计要求， 又不会对加 工方法提出过高的要求， 从而降低零件的制造成本。

某型飞机整体壁板 最终选择的加工方法为数控机械加工 数控机械加工的特点是： 精确、 快速， 适合批量生产， 生产效率高， 可以加工形状复杂、 精度要求高的零件， 还可以加工一些普通机床不能 或不便加工的零件， 装夹定位后能加工多道工序， 加工质量稳定， 减轻 (>>下转第311页）科技专论压力偏差对气藏储量计算的影响杨兴旺 中原油田井下特种作业处工艺技术研发中心 河南濮阳 457061【摘要】 在气藏资源的评价工作中 ， 地层压力是极为重要的参数 本 文通过实例说明， 对于定容气藏， 当利用压降法预测原始地质储量（OGIP） 时， 不同静压点的压力误差对其结果的影响程度不同， 如果既有增加的压 力误差点， 又有减少的压力误差点， 其结果与正确储量的相对差值较小； 如 果只存在增加的压力误差点， 或只存在减少的压力误差点， 其结果与正确 储量相对差值较大 【关键词】 地质储量； 压差； 影响其中 a=1.39(T -0.92) -0.36T -0.101pr pr0.5(11) b=(0.62-0.23T )p +(0.066/(T -0.86)-0.037)p +0.32p /expr pr pr pr26 pr p(20.727(T -1))pr c=0.132-0.32lgTpr(12) (13) (14)d=exp(0.7153-1.1285T +0.4201T )pr pr2经过线性回归后得直线的截距A=17.759、 斜率B=0.16 47， 相关系 数r=0.997。

将A和B的数值代入（8） 式， 得到该定容气藏的原始地质储 量G=107.8×10 8 m 3;若取废弃 视 地层压力p /Z =1.5 Mp a,并将此值和 aa A、 B的数值代入 （9） 式， 得该气藏的可采储量G =98.7×10 m R 将上述实例不同开发时间的地层压力数值及其预测的原始地质储 量认定为正确的， 并做为情况一 为了研究不同开发时间测压误差对预 测OGI P的影响， 再设定5种存在不同压力点具 有压力误差的情况 而 且，这5种情况的每一种压力误差均为在情况一的基础上， 增加或减少5%（±5%） 的地层压力变化值 在此压力变化条件下， 有 （10） ~ （14） 式 计算的气体偏差系数Z值， 进而求得的视地层压力与累积产气量的对应 数据 根据 （7） 式的关系， 对包括情况一的6种情况的线性回归结果， 以 及由（8） 式计算的原始地质储量G， 以及情况二至情况六与情况一相比 的储量相对差值百分数 三、 结论 情况一的地层压力及其预测的原始地质储量G是正确的， 那么， 其 它存在压力误差点的5种情况所预测的原始地质储量， 都较情况一有一 定的增加或减少。

但从具体结果看， 如果既有增加的压力误差点， 又有 减少的压力误差点， 其结果与情况一相比， 相对差值百分数并不太大， 情况二为+1.48%， 情况三和情况四为±0.83% 但如果只存在增加的压 力误差点， 或只存在减少的压力误差点， 其结果与情况一的储量相对差 值百分数要大一些， 即情况五为+6.40%， 情况六为-5.75%一、 定容气藏压降法的引导 对于定容气藏， 它的物质平衡方程式为[1]8 3G B = G(B -B )（1）p gggi 式中： G －－投产后某一开发时间的累积产气量，108m3;G－－原p 始地质储量， 108m3; B －－在某压力 （p） 下的气体体积系数； B －－在地层原始压力g （p ） 下的气体体积系数gi i 在原始地层压力和投产后某时间地层压力下， 天然气体积系数分别 表示为[1]B = p Z T/(p T )（2） （3）gisc i i sc B =p ZT/(pT )gscsc 式中：p－－投产后某一开发时间的地层压力,Mpa;p －－原始地i 层压力,Mpa; p －－地面标准压力， Mpa; Z－－在p压力下天然气偏sc 差系数； Z －－在p 压力下天然气偏差系数； T －－地层温度， K; T －－iisc 地面标准温度，K。

将 （2） 式和（3） 式代入（1）式得到定容气藏的压降方程式， 即p/Z=p /Z -(p /Z ).G /G(4) (5) (6) (7)i i i i p 若设A= p /Zi i B=(p /Z /Gi i) p/Z= A- B.G则得p 式中：p/Z－－投产后的视地层压力,Mpa;p /Z －－原始视地层压i i参考文献 [1]陈元千.油气藏工程计算方法.石油工业出版社,1990. [2]陈元千.实用油气藏工程方法.石油工业出版社,1998.力,Mpa;A－－压降法直线的截距；B－－压降法直线的斜率 由（7） 式看出， 对于定容气藏， 视地层压力与累积产气量之间呈下 降的直线关系 同时， 从（4） 式还可以看出，当p/Z=0时，G = G， 也就p 是说， 将p/Z与的G 的直线下推到横轴的截距时， 所得的最大累积产气p 量， 即为定容气藏的原始地质储量 若将定容气藏实际开发的p/Z与Gp 的相关数据按照（7） 式绘于直角坐标纸上， 应当得到一条下降的。