一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构的制作方法

1.本技术属于无人机机翼管梁设计领域，特别涉及一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构。


背景技术：

2.某大型太阳能无人机飞机机翼翼展为50米量级，其机翼主梁为主承力构件。综合考虑生产制造、部件运输限制等因素，必须对机翼进行分段，且机翼各部段分离面间可快速拆卸和恢复安装，某大型太阳能无人机共划分为5段，包括2米任务舱段、左右各14米中央翼段和左右各11米外翼段。机翼主梁单梁设计最大长度约14m米，采用整体复合材料圆形管梁结构。如此超大翼展及展弦比机翼结构，机翼主梁为承受机翼弯矩和剪力的主要构件，在尽可能减小结构重量的前提下，如何保证各分离面处的翼梁载荷传递、且能实现快速拆卸和恢复安装，是此类飞机设计面临的一项关键难题。
3.目前，国内外采用圆形复合材料管梁结构作为机翼主承力构件的太阳能无人机并不少见，但是管梁对接结构形式各有差异，小载荷圆形管梁对接采用剪切销、大载荷圆形管梁采用与翼梁本体作为一体的法兰对接为常见的对接形式。
4.小载荷翼梁对接采用的剪切销结构形式，随着太阳能无人机翼展加大，根部弯矩增大，不适用于超大尺寸、超大展弦比机翼结构，而大载荷圆形管梁采用与翼梁本体作为一体的法兰对接形式，由于采用紧固件连接，导致对接区复合材料法兰局部厚度增加，且螺栓和螺母直接与复合材料翼梁对接，频繁拆卸，会导致复合材料结构孔边和孔壁不可避免地出现分层等损伤，且重量代价较大。此外，采用复合材料法兰对接的结构形式，由于机翼上弯、下弯等载荷工况不同，机翼上下翼面承受的弯矩不同，导致紧固件载荷不同，若紧固件直径不同，会存在力分争现象，不利于结构受力。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，以解决管梁对接结构难以实现快速拆装的技术问题。
6.本技术的技术方案是：一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，包括内侧圆管梁、外侧圆管梁、套设于内侧圆管梁端部的内侧对接接头和套设于外侧圆管梁端部的外侧对接接头；所述内侧圆管梁上设有内侧端肋，所述外侧圆管梁上设有外侧端肋，所述内侧端肋与外侧端肋相贴，所述内侧对接接头和外侧对接接头均为圆柱形并且内侧对接接头的接头本体与内侧圆管梁可拆卸连接、端部与内侧端肋可拆卸连接，所述外侧对接接头的接头本体与外侧圆管梁可拆卸连接、端部与外侧端肋可拆卸连接。
7.优选地，所述内侧对接接头和外侧对接接头还包括设于接头本体端部的对接法兰、设于对接法兰上的单耳对接耳片和双耳对接耳片；所述对接法兰与内侧端肋或外侧端肋螺栓连接，所述单耳对接耳片设于飞机构造水平面位置，所述单耳对接耳片共有两组并沿着对接法兰的周向对应设置，所述双耳对接耳片共有四组并两两一组沿着对接法兰的周
向对应设置；所述接头本体的侧壁上设有多组耳片加强筋，所述耳片加强筋与对接法兰、单耳对接耳片和双耳对接耳片均一体连接。
8.优选地，所述外侧对接头和内侧对接接头靠近对接法兰一端的内侧壁上均设有端部倒角，所述端部倒角的尺寸为1mm。
9.优选地，所述内侧对接接头和外侧对接接头远离对接法兰的一端沿周向对应设置有两组末端缺口，所述末端缺口成w型，所述内侧对接接头和外侧对接接头远离对接法兰的一端侧壁上设有末端凸缘。
10.优选地，所述内侧端肋与外侧端肋之间设有玻璃纤维织物垫片。
11.优选地，所述外侧对接接头和内侧对接接头上沿轴向设有多排紧固件，所述内侧对接接头和外侧对接接头靠近对接法兰一端的外侧壁上设有台阶，最靠近所述对接法兰的一排紧固件处的外侧对接接头或内侧对接接头的壁厚为2mm，其余紧固件处的外侧对接接头或内侧对接接头的壁厚为1.5mm。
12.优选地，所述内侧对接接头和外侧对接接头均采用tc4材料，并通过3d打印增材制造工艺，所述内侧对接接头和外侧对接接头为240mm，局部最小壁厚为1.5mm。
13.优选地，所述内侧对接接头与内侧端肋、外侧对接接头与外侧端肋之间采用胶接和螺栓共同连接。
14.本技术的一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，包括内侧圆管梁、外侧圆管梁、套设于内侧圆管梁端部的内侧对接接头和套设于外侧圆管梁端部的外侧对接接头；内侧圆管梁上设有内侧端肋，外侧圆管梁上设有外侧端肋；通过采用内侧对接接头分别连接内侧圆管梁和内侧端肋，采用外侧对接接头分别连接外侧圆管梁和外侧端肋，内侧对接接头和外侧对接接头能够传递大规格弯矩和剪力，同时由于内侧对接接头与内侧端肋、外侧对接接头与外侧端肋配合简单，能够实现结构的快速拆卸和恢复安装，且具有优异的结构维护性，实施效果良好，可靠性也较高，已通过机翼翼梁及对接选型静力试验，以及太阳能无人机的飞行验证。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
16.图1为本技术管梁与各肋板连接结构示意图；
17.图2为本技术整体结构轴测图；
18.图3为本技术整体结构剖视图；
19.图4为本技术外侧对接结构主视图；
20.图5为本技术外侧对接接头轴测图。
21.1、内侧对接接头；2、外侧对接接头；3、内侧圆管梁；4、外侧圆管梁；5、内侧端肋；6、袜鞋端肋；7、对接螺栓；8、连接螺栓；9、玻璃纤维织物垫片；10、端部倒角；11、单耳对接耳片；12、双耳对接耳片；13、对接法兰；14、末端缺口；15、加强筋；16、末端凸缘。
具体实施方式
22.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中
的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
23.一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，如图1-3所示，包括内侧圆管梁3、外侧圆管梁4、套设于内侧圆管梁3端部的内侧对接接头1和套设于外侧圆管梁4端部的外侧对接接头2；内侧圆管梁3上设有内侧端肋5，外侧圆管梁4上设有外侧端肋，内侧端肋5与外侧端肋相贴，内侧对接接头1和外侧对接接头2均为圆柱形并且内侧对接接头1的接头本体与内侧圆管梁3可拆卸连接、端部与内侧端肋5可拆卸连接，外侧对接接头2的接头本体与外侧圆管梁4可拆卸连接、端部与外侧端肋可拆卸连接。
24.需要说明的是，内侧对接接头1和外侧对接接头2靠近相邻端肋的一端为该对接接头的前端、远离相邻端肋的一端为该对接接头的后端。
25.通过采用内侧对接接头1分别连接内侧圆管梁3和内侧端肋5，采用外侧对接接头2分别连接外侧圆管梁4和外侧端肋，内侧对接接头1和外侧对接接头2能够传递大规格弯矩和剪力，同时由于内侧对接接头1与内侧端肋5、外侧对接接头2与外侧端肋配合简单，能够实现结构的快速拆卸和恢复安装，且具有优异的结构维护性，实施效果良好，可靠性也较高，已通过机翼翼梁及对接选型静力试验，以及太阳能无人机的飞行验证。
26.内侧对接接头1和外侧对接接头2均采用tc4材料，并通过3d打印增材制造工艺，内侧对接接头1和外侧对接接头2为240mm，局部最小壁厚为1.5mm，属于大直径薄壁回转体结构。在频繁拆装下，不损伤复合材料机翼主梁结构，采用传统锻件机械加工工艺，材料去除量大，材料利用率低，且薄壁结构机械加工变形回弹问题严重。采用金属3d打印增材制造工艺，可基本实现材料净成形，材料利用率高。
27.结合图4-5，优选地，内侧对接接头1和外侧对接接头2还包括设于接头本体端部的对接法兰13、设于对接法兰13上的单耳对接耳片11和双耳对接耳片12；对接法兰13与内侧端肋5或外侧端肋之间通过对接螺栓7连接，对接法兰13为机翼对接配合区，为对接接头、端肋、垫片配合区，法兰厚度8mm。
28.单耳对接耳片11设于飞机构造水平面位置，单耳对接耳片11共有两组并沿着对接法兰13的周向对应设置，主要用于承受和传递翼梁剪力。双耳对接耳片12共有四组并两两一组沿着对接法兰13的周向对应设置。关于飞机机翼展向和弦向自对称，主要用于承受和传递翼梁弯矩。
29.接头本体的侧壁上设有多组耳片加强筋15，耳片加强筋15与对接法兰13、单耳对接耳片11和双耳对接耳片12均一体连接。对应双耳对接耳片12的位置处并排设置三条耳片加强筋15，对应单耳对接耳片11的位置处并排设置两条耳片加强筋15，厚度3mm，高度沿轴向从前端至后端局部降低，最终与末端凸缘16齐平，提供耳片连接区局部强度和刚度。
30.优选地，外侧对接接头2和内侧对接接头1上沿轴向设有多排紧固件，内侧对接接头1和外侧对接接头2靠近对接法兰13一端的外侧壁上设有台阶，最靠近对接法兰13的一排紧固件处的外侧对接接头2或内侧对接接头1的壁厚为2mm，其余紧固件处的外侧对接接头2或内侧对接接头1的壁厚为1.5mm，台阶的设置能够有效提升外侧对接接头2和内侧对接接头1与对应端肋之间的连接强度。
31.内侧对接接头1与内侧圆管梁3、外侧对接接头2与外侧圆管梁4之间的对接区，紧固件具体为采用胶接和连接螺栓8连接共同的结构形式，连接稳定，间隙小。理论单边间隙0.3mm，采用j133c结构胶接，并采用直径5mm螺栓连接，hb1-103-5螺栓配合hb1-801la-m5螺
母，螺母安装于复合材料圆管梁内部，螺母安装一侧增加结构垫片hb1-521lb5x12x1.5，保证螺母安装角度。
32.内侧对接接头1与内侧端肋5、外侧对接接头2与外侧端肋之间，采用直径10mm对接螺栓7，牌号为ytsa101-10-18+ytsa503-10自锁螺母，并对螺栓定力，保证安装要求。
33.优选地，内侧对接接头1与内侧圆管梁3、外侧对接接头2与外侧圆管梁4之间的对接区，其结构端面不齐平，内侧圆管梁3或外侧圆管梁4端面较对应接头端面小2mm，考虑管梁装配公差
±
1mm精度，防止管梁突出接头端面，影响翼肋装配。
34.优选地，外侧对接头和内侧对接接头1靠近对接法兰13一端的内侧壁上均设有端部倒角10，具体为一种倒圆角，端部倒角10的尺寸为1mm，端部倒角10的设置能够防止翼梁弯曲变形后，局部挤压孔壁，导致应力集中。
35.优选地，根据应力分布，内侧对接接头1和外侧对接接头2远离对接法兰13的一端沿周向对应设置有两组末端缺口14，末端缺口14成w型，以减轻结构重量。内侧对接接头1和外侧对接接头2远离对接法兰13的一端侧壁上设有末端凸缘16，以增加内侧对接接头1或外侧对接接头2局部刚度和强度，凸缘厚度4mm。
36.优选地，内侧端肋5与外侧端肋之间设有玻璃纤维织物垫片9，以调节两部件间配合间隙时打磨垫片厚度，保证安装要求。
37.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：包括内侧圆管梁(3)、外侧圆管梁(4)、套设于内侧圆管梁(3)端部的内侧对接接头(1)和套设于外侧圆管梁(4)端部的外侧对接接头(2)；所述内侧圆管梁(3)上设有内侧端肋(5)，所述外侧圆管梁(4)上设有外侧端肋，所述内侧端肋(5)与外侧端肋相贴，所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)均为圆柱形并且内侧对接接头(1)的接头本体与内侧圆管梁(3)可拆卸连接、端部与内侧端肋(5)可拆卸连接，所述外侧对接接头(2)的接头本体与外侧圆管梁(4)可拆卸连接、端部与外侧端肋可拆卸连接。2.如权利要求1所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)还包括设于接头本体端部的对接法兰(13)、设于对接法兰(13)上的单耳对接耳片(11)和双耳对接耳片(12)；所述对接法兰(13)与内侧端肋(5)或外侧端肋之间通过对接螺栓(7)连接，所述单耳对接耳片(11)设于飞机构造水平面位置，所述单耳对接耳片(11)共有两组并沿着对接法兰(13)的周向对应设置，所述双耳对接耳片(12)共有四组并两两一组沿着对接法兰(13)的周向对应设置；所述接头本体的侧壁上设有多组耳片加强筋(15)，所述耳片加强筋(15)与对接法兰(13)、单耳对接耳片(11)和双耳对接耳片(12)均一体连接。3.如权利要求2所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述外侧对接头和内侧对接接头(1)靠近对接法兰(13)一端的内侧壁上均设有端部倒角(10)，所述端部倒角(10)的尺寸为1mm。4.如权利要求2所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)远离对接法兰(13)的一端沿周向对应设置有两组末端缺口(14)，所述末端缺口(14)成w型，所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)远离对接法兰(13)的一端侧壁上设有末端凸缘(16)。5.如权利要求1所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述内侧端肋(5)与外侧端肋之间设有玻璃纤维织物垫片(9)。6.如权利要求1所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述外侧对接接头(2)和内侧对接接头(1)上沿轴向设有多排紧固件，所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)靠近对接法兰(13)一端的外侧壁上设有台阶，最靠近所述对接法兰(13)的一排紧固件处的外侧对接接头(2)或内侧对接接头(1)的壁厚为2mm，其余紧固件处的外侧对接接头(2)或内侧对接接头(1)的壁厚为1.5mm。7.如权利要求1所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)均采用tc4材料，并通过3d打印增材制造工艺，所述内侧对接接头(1)和外侧对接接头(2)为240mm，局部最小壁厚为1.5mm。8.如权利要求1所述的大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，其特征在于：所述内侧对接接头(1)与内侧端肋(5)、外侧对接接头(2)与外侧端肋之间采用胶接和连接螺栓(8)共同连接。

技术总结
本申请属于无人机机翼管梁设计领域，为一种大规格抗弯圆型截面机翼管梁对接结构，包括内侧圆管梁、外侧圆管梁、套设于内侧圆管梁端部的内侧对接接头和套设于外侧圆管梁端部的外侧对接接头；内侧圆管梁上设有内侧端肋，外侧圆管梁上设有外侧端肋；通过采用内侧对接接头分别连接内侧圆管梁和内侧端肋，采用外侧对接接头分别连接外侧圆管梁和外侧端肋，内侧对接接头和外侧对接接头能够传递大规格弯矩和剪力，同时由于内侧对接接头与内侧端肋、外侧对接接头与外侧端肋配合简单，能够实现结构的快速拆卸和恢复安装，且具有优异的结构维护性，实施效果良好，可靠性也较高，已通过机翼翼梁及对接选型静力试验，以及太阳能无人机的飞行验证。行验证。行验证。


技术研发人员：杨殿国 余明 朱胜利
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/5/24