飞机结构设计中的稳定性研究及分析

飞机结构设计中的稳定性研究及分析
本文针对飞机结构设计中稳定性的研究，将从飞机结构设计相关概述入手，对飞机结构设计中的稳定性进行深入分析，以此推动飞机设计行业的发展。

通过文章分析得知，飞机结构设计稳定性应从三个方面入手，希望本文的研究，能为飞机结构设计提供参考性意义。

标签：飞机结构；稳定性；机身结构
前言：作为飞机设计的重点内容，结构是否稳定对飞行安全具有重要影响，一旦结构的稳定性出现问题，不仅會增加飞机设计的风险，而且会影响飞行安全，进而威胁机组人员和乘客的生命安全。

目前，机身结构一般采用半硬壳形式，但此种结构仍然存在着一定的稳定性风险，需要对结构设计中的稳定性进行深入分析，方能完善飞机的稳定性能和安全性能。

1 飞机结构设计相关概述
何谓飞机结构设计，即对飞机承受荷载和传递荷载的系统进行设计，既是飞机的基础部分，也是飞机设计的重点内容，其不仅影响飞机设计的成本和安全，而且对飞机的多种功能也有一定程度的影响。

结构设计的内容较为复杂，主要对以下六个方面进行分析：一为飞机的安全系数；二为空气动力学的具体要求；三为结构的完整性；四为飞机的寿命周期费用；五为飞机的劳损性；六为飞机的稳定性。

在此六个方面中，一旦有一个方面未达到飞机结构设计的标准，便会干扰飞机的正常运行，进而使飞机的整体性能下降，飞行的安全性也无法得到有效保障。

另外，在飞机的基本结构中，机身壁板的稳定性、机身蒙皮的稳定性一旦无法保证，便会对飞机的性能造成严重影响，甚至会发生飞机解体的情况，从而引发安全事故。

2 飞机结构设计中的稳定性研究
2.1机身结构稳定性。

飞机结构设计的关键为机身结构的稳定性，对机身结构设计的稳定性进行分析，不仅能够明确保障飞机在多种荷载下的工作应力，具体了解飞机失稳的客观条件，而且能够对结构形式进行适当的选择。

机身结构稳定性研究主要分为两点，具体内容如下：（1）对记忆结构的断裂、疲劳、损伤容限进行研究，并依据实际情况进行适当地调整，这样做主要是为了加强机身的承载能力；（2）对机身结构的临界失稳应力进行研究，依据具体的材料参数，对结构的临界失稳应力进行塑性调整，继而根据调整后的材料参数，最终得出结构的承载能力和临界失稳应力，到此才算是完成了结构的调整工作，这样做一是为了提升结构材料的利用率，二是为了降低结构的自身重量，从而提高整体稳定性。

2.2机身壁板结构稳定性。

机身壁板结构的稳定性直接决定着机身结构的稳定性，间接决定着飞机结构的稳定性，因此，机身壁板结构的稳定性研究也尤为重要。

关于机身壁板结构稳定性研究的理论主要有两个，一为小挠度稳定性理论，二为大挠度稳定性理论，在对机身壁板稳定性进行研究的过程中，应以以上两种理论为基础，再结合飞机设计的实际情况，依据机身蒙皮、长桁之间的连接特点，将机身壁板分为四种：一种是整体壁板，一种是胶结壁板，一种为复合材料壁板，另一种为铆接壁板。

本文选用机身壁板结构中的铆接壁板对结构稳定性进行分析。

铆接壁板稳定性主要通过薄板弯曲微分方程进行计算，具体公式如下：
利用此方程式进行计算，能够得出平板屈曲临界荷载的具体表现力。

由于不同的壁板其非承载边界的支持状态是不同的，所以壁板的边界条件、弯曲形态均具有大小不同的明显差异，上述公式能够求出机身壁板的具体边界条件，而后在根据壁板和蒙皮的实际情况，计算出机身壁板的临界应力和蒙皮的临界应力，具体公式如下：
根据上述临界应力公式，再结合HJB830102进行壁板与蒙皮临界应力的塑性调整及修正，进而得出一个具体的数值[1]。

另外，在飞机壁板结构的设计中，不仅要对临界应力进行研究，而且还要对各种材料参数、具体失稳情况进行研究，并根据以往的飞机结构设计经验，确定壁板的尺寸大小。

对于铆接壁板而言，控制应力的关键为壁板总体的失稳临界应力，因此，控制好壁板的总体失稳情况，能够保证铆接壁板的稳定性，从而保证飞机整体结构的稳定。

2.3飞机下部框缘稳定性。

对飞机下部框缘进行改进和优化，能够提升飞机整体的稳定性，保障飞机结构的性能得到稳定发挥。

本文以某水上飞机船体结构为例，对飞机下部框缘稳定性进行分析。

对于水上飞机来说，水面着陆时，飞机的下部结构便会承受较大的水面压力，如若飞机下部结构的承载能力较弱，其所承受的着水荷载便会使飞机发生着水情况，进而影响飞机的着陆安全[2]。

船体结构的下部框缘大都选择7050-T7451材料的浮框形式，但该形式下的外框缘较容易发生稳定性变化的情况，从而影响飞机安全。

根据相应的稳定性变化形式，外框缘的稳定变化可看成平板局部屈曲，公式如下：
在利用此公式计算时，要将材料的具体参数代入到公式中，求出外框缘应当调整的高度与厚度，继而进行调整计算，得出具体的屈曲临界应力。

某水上飞机船体结构的框缘高度为6厘米，厚度为0.5厘米，对其进行调整后，高度变为4.6厘米，厚度变为3.6厘米，对调整前后的失稳应力进行比较；调整后，下框外缘的承载能力有所改善，下框外缘的失稳应力也有所提升将近50%；提高了材料的利用率便，降低飞机重量和研制成本，基本达到了提升飞机整体稳定性的目的。

结论：
为了确保飞机结构的稳定性，本文将飞机结构设计中的稳定性研究及分析作为主要研究内容，在阐述飞机结构设计的基础上，对机身结构稳定性、机身壁板结构稳定性、飞机下部框缘稳定性做出系统探究，研究结果表明，机身对飞机整体结构的稳定性具有重大影响。

在未来，还需进一步加强对飞机结构设计中的稳定性的研究及分析，进而确保飞机结构设计工作的顺利进行。

参考文献
[1] 郑建勇.探究力学在飞机结构设计中的应用与发展[J].内燃机与配件，2018（05）：226-227.
[2] 张昌维.浅谈大飞机结构设计中的稳定性问题[J].黑龙江科技信息，2015（16）：102.。