大型水陆两栖飞机AG600抑波槽结构设计
AG600飞机是迄今为止世界上在研的最为先进的、最大的水陆两栖飞机。与陆上飞机相比,它最大区别之处的在于机身下部采用“V”船底,它能使飞机在水面机场起降时减小水的阻力,提高飞机水面滑行性能。另外,AG600飞机按高抗浪设计,为满足这个高抗浪性能指标,能改善喷溅性能的抑波槽结构是必不可少的,它能将船底横向的喷溅水流变成纵向流动,降低驻点附近压力,从而改善喷溅性能,避免喷溅影响发动机、襟翼和驾驶员视野。
AG600抑波槽截面形状为“П”,由外壁板和内壁板组成(如图所示)。其中,内壁为机身船底壁板构件;外壁板,亦可称“抑波外板”,由蒙皮、横梁、长桁构成,通过加强支座和拉杆结构与内壁板连接,使其形成一个完整的抑波槽结构。
抑波外板外形为曲面,可以保证飞机流线性、减小水的阻力同时兼顾空气动力要求。由于外形复杂,对抑波板结构的布置、结构零件设计、组件装配关系都带来一定的难度,且水陆两栖飞机在起飞或着水时承受水载荷,特别是在着水时,瞬态的冲击载荷对抑波板结构强度要求更为严格。因此在水载荷的作用下,抑波板结构的布置需合理,传力需直接,工艺需简单,满足技术要求。
因此抑波外板在设计时从结构布置、生产需要、防腐密封等多个方面考虑其结构形式,主要有:
(1)结构尺寸大,分段设计解决制造难题。从飞机上方俯视,抑波外板是一个大大的“∪”形,总长度有21.2米,为了减小加工和装配的难度,将其分为6段,各段通过加强横梁连接,这样在保证生产需求的同时,又不破坏承力结构的连续性。
(2)主要承力构件采用机加件,传力直接、装配简单。抑波外板主要承受横向的水载荷,因此横梁是抑波板的主承力件,沿机身框站位布置,支撑抑波板蒙皮和长桁、承受水载荷。横梁是“工”截面,整体机加成型,顶部通过支座连接船底,下部通过拉杆将力传递到框。
(3)可调拉杆,消除装配应力。抑波槽内、外壁板之间通过可调节拉杆实现固定,拉杆两端使用接头与壁板固定,拉杆可调,这样在安装时简单可靠,且消除了装配应力和装配公差,提高了结构的抗疲劳性能。
(4)做好防腐蚀及结构密封,提高结构使用寿命。AG600飞机主要在浪高2米以下的水域使用,潮湿的环境使得结构件容易遭受腐蚀,抑波槽结构在设计时考虑到多种防腐蚀设计手段,如贴合面密封、结构填角密封、紧固件湿装配、结构件上布置排水通道等,虽然加大了工艺操作难度,但提高了结构件的使用寿命,利大于弊。
(5)独特的泄压槽结构,减小水载荷。抑波外板顶部与船底之间布置条形泄压槽,它的主要作用就是飞机在起飞或着水时将涌入抑波槽的水排到外部,从而减小水压,降低作用在结构件上的水载荷。
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