一种氢能源飞机及其机身结构的制作方法

本申请属于工程，具体涉及一种氢能源飞机及其机身结构。

背景技术：

1、控制温室气体排放已经成为国际航空业发展的重要趋势,甚至成为未来民航飞机进入市场的准入门槛。氢气是减少航空气候影响的最有前途的技术之一。氢能源飞机的设计与相关技术是新能源飞机发展的重要方向。

2、氢从水中提取、燃烧后又生成水，是与石油燃料不同的“可再生式”能源。氢能源的主要优点有:燃烧热值高，每千克氢燃烧后放出142.35千焦的热量，约为石油的3倍、焦炭的4.5倍；清洁无污染；资源丰富，浩瀚海洋中蕴藏的氢约有1.4×1017吨，潜热能是地球上矿物燃料的9000倍。因此，本专利在常规构想的基础上提出了一种氢燃料飞机，以氢为燃料，实现节能减排的效果。

3、液氢作为燃料为飞机提供动力的难点在于液氢需要储存在加压的油箱中，理想情况下，这些油箱是圆形或者椭圆形的横截面罐，以承受压力。

4、目前传统的飞机油箱主要位于机翼上，在一定程度上抵消了飞行过程中机翼产生的升力。

5、为了解决该问题，现有技术1提出了一种氢燃料飞机(如图1所示)，液氢燃料储箱位于机身下层空间内，分别位于机身的前部、中部和后部，与本提案飞机构型相似之处在于，都为氢燃料飞机，同时都具有液氢储存装置。但是，该构型机身外形与常规构想飞机相同，且采用了高平尾的设计。现有技术2(如图2所示)提出了一种氢能源燃料电池固定翼飞机结构设计方案。该飞机构型同样无法彻底解决上述问题。

技术实现思路

1、为此，本申请技术方案提出一种氢能源飞机及其机身结构，通过将氢罐安装在机身上部，不影响常规机身客货舱的布置空间，同时为了减少体积较大的储罐的飞行阻力，在氢能源燃料罐外侧加装减少飞行阻力的整流罩，确保了客舱、货舱等布置空间需求，给出了更加优选的机身的外形设计方案以及氢罐连接方案。

2、根据本发明技术方案的第一方面，提供一种氢能源飞机机身结构，所述机身结构与机翼和尾翼连接，包括：机身段、氢罐组、支撑肋以及整流罩，所述氢罐组、支撑肋以及整流罩位于所述机身段上部，其中，

3、所述机身段包括机身壁板和固定安装于所述机身壁板内侧的多个机身框；

4、所述氢罐组包括多个氢罐，所述氢罐通过所述支撑肋与所述机身框连接；

5、所述整流罩与所述氢罐组、支撑肋以及机身壁板连接。

6、进一步地，所述机身壁板的厚度≥2mm。

7、进一步地，所述机身壁板为金属材料壁板或复合材料壁板。

8、进一步地，所述机身框的间距为300-500mm。

9、进一步地，所述机身段包括等直段以及前收缩段、后收缩段，固定安装于所述等直段的机身框等间距布置，固定安装于所述前收缩段、后收缩段的机身框非等间距布置。

10、进一步地，所述机身段的中部偏下位置设置有地板梁，所述地板梁与所述机身框固定连接。

11、进一步地，所述机身段内部中间位置设置有立柱，所述立柱的上部在所述机身段内部顶侧位置与所述机身框固定连接，所述立柱的下部与所述地板梁垂直并固定连接。

12、进一步地，所述支撑肋为复合材料支撑肋或者金属材料支撑肋。

13、进一步地，所述支撑肋包括上缘条、下缘条、左缘条、右缘条以及腹板，所述上缘条的弧度与氢罐的弧度一致，所述下缘条的弧度与所述机身壁板的弧度一致，所述左缘条、右缘条内凹且对称分布。

14、进一步地，所述上缘条与氢罐连接，所述下缘条与所述机身段上部连接。

15、进一步地，所述腹板位于所述上缘条、下缘条、左缘条及右缘条所形成空间的内部，且所述腹板沿长度方向设置多个减轻孔。

16、进一步地，所述减轻孔为圆形减轻孔，包括一个直径较大的圆形减轻孔和多个围绕所述直径较大的圆形减轻孔的直径较小的圆形减轻孔。

17、进一步地，所述支撑肋的左缘条、右缘条与所述整流罩连接。

18、进一步地，所述氢罐组包括彼此连通的多个氢罐。

19、进一步地，所述多个氢罐包括至少一个等截面氢罐和至少一个截面缩小氢罐，所述等截面氢罐安装在所述机身段的等直段上部，所述截面缩小氢罐安装在所述机身段的后收缩段上部。

20、进一步地，所述等截面氢罐的直径小于所述机身段的等直段的直径。

21、进一步地，所述截面缩小氢罐沿机身方向从前至后直径逐渐缩小。

22、进一步地，所述氢罐的两端为半球状端头，中部为圆柱形或圆锥形主体结构。

23、进一步地，所述氢罐上设置有多组氢罐固定环片和连接多组氢罐固定环片的多个环片固定连杆，所述氢罐固定环片包括环片底边以及与所述环片底边垂直的环片腹板，所述环片底边贴合氢罐的主体结构，所述环片腹板连接所述支撑肋。

24、进一步地，多组所述氢罐固定环片的环片腹板上均间隔设置有通孔，所述环片固定连杆依次穿过所述通孔，从而连接多组所述氢罐固定环片。

25、进一步地，多组所述氢罐固定环片的下部均布置有接头，所述接头与机身长桁结构上设置的对应接头进行连接。

26、根据本发明技术方案的第二方面，提供一种氢能源飞机，其中，所述氢能源飞机采用以上任一方面所述的机身结构。

27、本发明的有益效果：

28、1)提出了一种氢能源飞机的机身结构解决方案，确保了客舱、货舱等布置空间需求，给出了更加优选的机身的外形设计方案以及氢罐连接方案。

29、2)提出了氢罐的布置方案及氢罐与机身的连接方案，保证氢罐安装需求的同时，实现了氢罐与机身壁板的传力设计。

30、3)提出了机身的防坠撞设计的解决方案，通过在客舱空间布置立柱的设计，有效增强了氢罐与机身间的垂向载荷传递。

技术特征：

1.一种氢能源飞机机身结构，所述机身结构与机翼和尾翼连接，其特征在于，所述氢能源飞机机身结构包括：机身段、氢罐组、支撑肋以及整流罩，所述氢罐组、支撑肋以及整流罩位于所述机身段上部，其中，

2.根据权利要求1所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述机身段包括等直段以及前收缩段、后收缩段，固定安装于所述等直段的机身框等间距布置，固定安装于所述前收缩段、后收缩段的机身框非等间距布置。

3.根据权利要求2所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述机身段的中部偏下位置设置有地板梁，所述地板梁与所述机身框固定连接；

4.根据权利要求1所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述支撑肋包括上缘条、下缘条、左缘条、右缘条以及腹板，

5.根据权利要求4所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述支撑肋的左缘条、右缘条与所述整流罩连接。

6.根据权利要求1所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述多个氢罐包括至少一个等截面氢罐和至少一个截面缩小氢罐，所述等截面氢罐安装在所述机身段的等直段上部，所述截面缩小氢罐安装在所述机身段的后收缩段上部。

7.根据权利要求6所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述等截面氢罐的直径小于所述机身段的等直段的直径；所述截面缩小氢罐沿机身方向从前至后直径逐渐缩小。

8.根据权利要求1所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，所述氢罐上设置有多组氢罐固定环片和连接多组氢罐固定环片的多个环片固定连杆，所述氢罐固定环片包括环片底边以及与所述环片底边垂直的环片腹板，所述环片底边贴合氢罐的主体结构，所述环片腹板连接所述支撑肋。

9.根据权利要求8所述的氢能源飞机机身结构，其特征在于，多组所述氢罐固定环片的环片腹板上均间隔设置有通孔，所述环片固定连杆依次穿过所述通孔，从而连接多组所述氢罐固定环片；

10.一种氢能源飞机，其特征在于，所述氢能源飞机采用根据权利要求1至9中任一项所述的机身结构。

技术总结本申请公开了一种氢能源飞机及其机身结构，属于工程技术领域，该氢能源飞机机身结构包括：机身段和位于所述机身段上部的氢罐组、支撑肋以及整流罩，其中，所述机身段包括机身壁板和固定安装于所述机身壁板内侧的多个机身框；所述氢罐组包括多个彼此连通的氢罐，所述氢罐通过所述支撑肋与所述机身框连接；所述整流罩与所述氢罐组、支撑肋以及机身壁板连接。本申请技术方案通过将氢罐安装在机身上部，不影响常规机身客货舱的布置空间，同时为了减少体积较大的储罐的飞行阻力，在氢能源燃料罐外侧加装减少飞行阻力的整流罩，确保了客舱、货舱等布置空间需求，给出了更加优选的机身的外形设计方案以及氢罐连接方案。技术研发人员：李程辉,秦田亮,李星,张田,袁豪谦,崔琦受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心技术研发日：技术公布日：2024/5/12