一種有人直升機改無人直升機的儀器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計的制作方法
【專利摘要】針對有人改無人直升機的儀器支架進行結(jié)構(gòu)形式設(shè)計。儀器支架包含6種零件：地板，面板，支撐板，支撐桿，加強框和地板撐桿。地板作為儀器支架的第一層，面板作為儀器支架的第二層，支撐板和支撐桿用來聯(lián)接第一層和第二層，加強框即可加強機頭蒙皮又可加強第一層和第二層的聯(lián)接，地板撐桿用來聯(lián)接儀器支架與中部構(gòu)架。地板和面板采用復(fù)合材料層合板加筋結(jié)構(gòu)，筋條有T型和L型兩種，層合板與筋條之間采用z-pin技術(shù)增強聯(lián)接。支撐板采用層合板結(jié)構(gòu)，支撐板與面板和地板之間用鉚釘連接。地板撐桿呈Y字形，Y形地板撐桿的存在可以較好地提高儀器支架一、二階模態(tài)頻率。本發(fā)明的儀器支架結(jié)構(gòu)形式有較好的剛度、強度和振動特性，且質(zhì)量較輕。
【專利說明】一種有人直升機改無人直升機的儀器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有人直升機改無人直升機的儀器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，屬于航空航天【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著飛行控制技術(shù)的發(fā)展，無人飛行器的發(fā)展越來越快，無人飛行器的用途也越來越廣泛。無人直升機在無人飛行器中有著重要的地位，在農(nóng)業(yè)作業(yè)，軍事偵察，協(xié)同作戰(zhàn)等領(lǐng)域有著廣泛的用途。相對于有人直升機，無人直升機在同等起飛重量的情況下航時更長，可以在更加嚴(yán)苛的條件下執(zhí)行任務(wù)，人員的傷耗更小?，F(xiàn)今有大量早期型號的有人直升機處于被新型號直升機完全替代的邊緣，這些直升機大多仍處安全壽命期內(nèi)，且質(zhì)量仍非常好，這些直升機通過改型仍將會發(fā)揮巨大的作用，其中，有人直升機改型為無人直升機就是一種早期型號直升機非常好的改型方案。
[0003]無人直升機的儀器設(shè)備猶如人的大腦，儀器支架作為安裝儀器的結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。在有人直升機改無人直升機的過程中，儀器支架既要利用原有結(jié)構(gòu)的特點，又要充分利用空間安裝儀器設(shè)備。原有人直升機的座位較中部構(gòu)架(中部構(gòu)架為結(jié)構(gòu)改型中完整保留的部件)寬，這將影響無人直升機的寬度，在改型過程中將完全拆除有人直升機的座位及地板，儀器支架將設(shè)計在與原座位相近的位置。儀器支架設(shè)計時將控制其寬度，為機頭及機身的改型設(shè)計做好鋪墊。由于儀器對振動比較敏感，特別是當(dāng)儀器支架與整機固有頻率接近時，發(fā)生共振，儀器有被振壞的風(fēng)險，一旦儀器設(shè)備被振壞，無人直升機的控制也就失效。所以儀器對振動環(huán)境的要求是嚴(yán)苛的，必須要使儀器支架的頻率錯開整機固有頻率，避免共振發(fā)生。儀器支架與中部構(gòu)架(該直升機的主承力結(jié)構(gòu))有9個連接點，其中5個直接連接點，4個間接連接點，儀器支架與中部構(gòu)架的間接聯(lián)接通過地板撐桿來完成，為了更好的提高儀器支架整體的穩(wěn)定性和振動特性，地板撐桿采用Y字形桿結(jié)構(gòu)。為了充分利用空間，設(shè)備支架設(shè)計成兩層，上層和下層，上層由復(fù)合材料層合板面板和縱橫筋組成，下層由復(fù)合材料層合板地板和縱橫筋組成，兩層之間由支撐板和支撐桿連接，為了兩層儀器之間接線方便，上層復(fù)合材料層合板面板中部開了一個口。機頭的蒙皮結(jié)構(gòu)采用圓錐薄壁加筋復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，綜合考慮氣動阻力和結(jié)構(gòu)特點選擇合理的圓錐母線，因此相應(yīng)的儀器支架加強框?qū)⒃O(shè)計成一定直徑的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，直徑的大小與圓錐母線軌跡相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:充分利用機頭內(nèi)空間來安裝儀器設(shè)備；適當(dāng)減小儀器支架的寬度，為機頭和機身的改形作鋪墊；儀器支架第一層和第二層的結(jié)構(gòu)設(shè)計及第一層面板與第二層地板之間的聯(lián)接；儀器支架的減重；儀器支架與中部構(gòu)架之間的連接固定；通過結(jié)構(gòu)設(shè)計增加儀器支架一、二階模態(tài)頻率。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:儀器支架設(shè)計為上、下兩層；儀器支架的寬度等于中部構(gòu)架的寬度；儀器支架的第一層地板和第二層面板都采用復(fù)合材料層合板加筋結(jié)構(gòu)，地板與面板之間用支撐板和支撐桿聯(lián)接；儀器支架與中部構(gòu)架之間通過直接連接點和間接連接點相聯(lián)；儀器支架采用Y字形撐桿來增加儀器支架一、二階模態(tài)頻率。
[0006]本發(fā)明是一種有人直升機改無人直升機儀器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，儀器支架(I)包含:地板(圖2)，面板(圖3)，支撐板(圖4)，支撐桿(圖1)，加強框(圖1)和地板撐桿(圖5)。地板作為安裝儀器的第一層，其整體形狀為L型，主要三個部分:第一部分與直升機縱向軸平行，第二部分與縱向軸成一個較小角度，第三部分與縱向軸成一個較大角度。第三部分有個開口，開口的原因是其位置有旋翼控制舵機。地板第一部分的背面有一些縱橫加強筋，如圖6所示，總共8根加強筋，其中有4根橫向加強筋和4根縱向加強筋，4根橫筋(筋條1、2、3和4)都是T型筋，4根縱筋(筋條5、6、7和8)都是L型筋，5號筋和6號筋相對，7號筋和8號筋相對。儀器支架與中部構(gòu)架有9個連接點，其中5個直接連接點(Dl、D2、D3、D4和D5)，4個間接連接點(D6、D7、D8、D9)，儀器支架與中部構(gòu)架的間接聯(lián)接通過地板撐桿來完成。面板作為儀器支架的第二層，為了第一層儀器與第二層儀器之間接線方便，在面板的中間開了一個長方形的口，面板的下面有一些縱橫加強筋，如圖7所示，總共11根加強筋，其中有5根橫向加強筋和6根縱向加強筋，5根橫筋(筋條1、2、3、4和5)中，I號筋為L型筋，
2、3、4和5號筋為T型筋，6根縱筋(筋條6、7、8、9、10和11)中，6、8、9和11號筋為L型筋，
7、10號筋為T型筋。支撐板包含三部分:內(nèi)框，腹板和外框。支撐板共有6個，支撐板在面板與地板之間，對面板既有上下的固定約束，也有縱向和橫向的約束。支撐板的上面與面板通過鉚釘連接，支撐板的下面與地板的第二部分用鉚釘連接，支撐板的前面與地板的第三部分用鉚釘連接。支撐板的卡槽與面板的L型橫筋相配合。支撐桿用來聯(lián)接儀器支架第一層和第二層，共有12根，其中有10根支撐桿與面板垂直，另2根支撐桿與面板不垂直。加強框有2個，加強框即可加強機頭蒙皮，又可加強儀器支架第一層與第二層的聯(lián)接。加強框I和加強框2都是圓環(huán)狀，它們的圓心的連線與面板平行，它們的直徑與機頭圓錐母線的軌跡相關(guān)，如圖8所示，圖中曲線為機頭圓錐蒙皮的圓錐母線，虛線a所在的位置為加強框I所在的位置，虛線a的長度為加強框I的直徑，虛線b所在的位置為加強框2所在的位置，虛線b的長度為加強框2的直徑。地板的2號橫筋和面板的3號橫筋與加強框I連接，地板的4號橫筋和面板的5號橫筋與加強框2連接。地板撐桿有兩根，每根地板撐桿呈Y字型，每根撐桿與地板有兩個連接點，與中部構(gòu)架底部有一個連接點，地板撐桿的存在對儀器支架一、二階模態(tài)頻率有較大影響。
[0007]有限元數(shù)值模擬得到儀器支架沒有地板撐桿時的一階模態(tài)頻率為18.05赫茲，主要是儀器支架的前端(包括地板前端和面板前端)繞縱向軸的順時針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)的同時帶動前端向上翹起。二階模態(tài)頻率為21.52赫茲，主要是儀器支架的前端繞縱向軸的逆時針扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)的同時帶動了前端向上翹起。儀器支架加地板撐桿之后，儀器支架一階模態(tài)頻率為29.75赫茲，主要為儀器支架前部上下振動，加撐桿之后的一階模態(tài)頻率比加撐桿前增加了64.8%。二階模態(tài)頻率為34.54赫茲，主要是儀器支架前部繞縱向軸順時針扭轉(zhuǎn)，加撐桿之后的二階模態(tài)頻率比加撐桿前增加了 60.5%。地板撐桿加分支后(地板撐桿呈Y字形)，儀器支架一階模態(tài)頻率為34.12赫茲，主要是加強框前后擺動和儀器支架前部上下振動，加撐桿分支后的組合體一階模態(tài)頻率比加撐桿前增加了 89.03%,比加撐桿后增加了 14.69%。二階模態(tài)頻率為38.05赫茲，主要是儀器支架前部繞縱向軸順時針扭轉(zhuǎn)，加撐桿分支后的組合體二階模態(tài)頻率比加撐桿前增加了 76.81%，比加撐桿后增加了 10.2%。針對這三種情況列了表格對比，如表1所示。
[0008]表1三種情況下(無撐桿，有撐桿，撐桿加分支)儀器支架一、二階模態(tài)頻率
【權(quán)利要求】
1.一種有人直升機改無人直升機儀器支架結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，儀器支架包含6種零件:地板(I個)，面板(I個)，支撐板(6個)，支撐桿(12根)，加強框(2個)和地板撐桿(2根)。地板作為儀器支架的第一層，面板作為儀器支架的第二層，支撐板和支撐桿用來聯(lián)接第一層和第二層，加強框即可加強機頭蒙皮又可加強第一層和第二層的聯(lián)接，地板撐桿用來聯(lián)接儀器支架與中部構(gòu)架。
2.地板和面板都采用復(fù)合材料層合板加筋結(jié)構(gòu)，層合板與筋條之間采用z-pin技術(shù)來增強聯(lián)接。地板第一部分的背面有8根縱橫加強筋，其中有4根橫向加強筋和4根縱向加強筋，4根橫筋都是T型筋，4根縱筋都是L型筋。面板的背面共有11根加強筋，其中有5根橫向加強筋和6根縱向加強筋，5根橫筋中，有I根筋為L型筋，有4根筋為T型筋，6根縱筋中，有4根筋為L型筋，2根筋為T型筋。
3.支撐板采用復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，整體成型。儀器支架共有6個支撐板，每個支撐板包含三部分:內(nèi)框，腹板和外框。支撐板位于面板與地板之間，對面板既有上下的固定約束，也有縱向和橫向的約束。支撐板的上面與面板通過鉚釘連接，支撐板的下面與地板的第二部分用鉚釘連接，支撐板的前面與地板的第三部分用鉚釘連接。支撐板的卡槽與面板的L型橫筋相配合。
4.地板撐桿呈Y字型，每根撐桿與地板有兩個連接點，與中部構(gòu)架底部有一個連接點，Y形地板撐桿的存在可以較好地提高儀器支架一、二階模態(tài)頻率。相對沒有地板撐桿時，Y形地板撐桿使儀器支架一階模態(tài)頻率提高了 89.03%，二階模態(tài)頻率提高了 76.81%。
5.機頭的蒙皮結(jié)構(gòu)采用圓錐薄壁加筋復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，綜合考慮氣動阻力和結(jié)構(gòu)特點選擇合理的圓錐母線，因此相應(yīng)的儀器支架加強框?qū)⒃O(shè)計成一定直徑的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，直徑的大小與圓錐母線軌跡相關(guān)。
【文檔編號】B64C1/06GK103847950SQ201410109584
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】李成虎, 武哲, 武旭東, 孫謀 申請人:北京航空航天大學(xué)