飞机机体集成隔框及生产工艺的制作方法

本发明涉及飞行器结构设计，具体涉及飞机机体集成隔框及生产工艺。

背景技术：

1、在飞行器的结构设计中，隔框是飞机机体的关键组成部分，用于支撑机身并维持其形状，同时还承载着飞行中的各种应力和载荷，因此，隔框的设计和生产工艺直接关系到飞行器的结构强度、稳定性以及整体性能。

2、传统的飞机机体隔框通常采用分立元件进行分段组装，这样的方式在生产和组装过程中存在着多方面的问题。

3、一方面，对于隔框必须要解决的长桁接口、桁梁接口、机翼连接接口、起落架接口、连接耳板等的问题，常用的方法也是通过专用连接件、五金配件等把接口装配在隔框架上，不但装配复杂，故障率也高。尤其在长桁安装固定上大都需要在隔框外沿口切割洞口或者将隔框外檐切割开口置入长桁在其中，这样就严重破坏了隔框强度，也降低了机体的整体结构强度；

4、另一方面，相邻隔框大都是通过多种连接板和紧固件分段连接的，分立元件之间的连接处往往是结构强度的薄弱环节，这样的设计在一定程度上降低了机体的整体结构强度，虽然要增加一些加强板做补偿措施，但是增加了很多机体重量，影响飞机的有效载荷性能，严重时还影响飞机的飞行性能，降低了飞机的经济指标。同时，分立元件的设计还会增加构造件的重量，导致航空材料的浪费，限制了飞机在同等重量下的载荷能力。

5、此外，每种隔框样式只能对应一种长桁安装方式，对于局部荷载加强部位就需要增加新的框架结构进行补偿，也增加了机体的重量，对于桁梁、机翼等连接部位还需要加大加重连接附件的规格，对应紧固件规格也须加大，又增加了机体结构的整体重量，大大降低了飞机的有效载荷。

6、一体成型的隔框在上述问题方面可以得到显著的改善，但对于一体成型的的隔框来说，其加工工艺具有较高的技术含量，所有两种及以上的分立元件变成一体成型的整体部件都需要对原生产模具和生产工艺进行创新改良，否则无法完成，因此，研发设计一体成型的飞机机体集成隔框及其成型生产工艺，具有重要的意义。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供飞机机体集成隔框，包括封闭型一体成型的隔框主体，其中：

2、隔框主体上设置有与隔框主体一体成型的若干腹板、翼板、筋板，所述筋板根据隔框主体局部受集中荷载而影响其结构强度的技术要求进行补偿设置；这样不但安装方便,也可在结构需要加强的部位进行重点补强处理。

3、隔框主体上布置有用于安装桁梁的桁梁专用接口、用于结构连接和挂载的连接耳板；

4、所述连接耳板上设有耳板安装孔，连接耳板根据机体结构加强、机舱设备安装固定、机体与机翼的连接固定、机体外载荷悬挂的连接安装空间需要设置；当连接耳板与斜撑配合可以实现相邻隔框之间的平面稳定和空间稳定的结构形式，也有利于提高机体的结构强度，连接耳板也用于机载设备的安装和外挂装置的直接安装固定。

5、所述隔框主体的几何造型根据飞机机体外部轮廓的形状设计要求，是圆形、椭圆形、多边形、曲面中的一种或若干种组成的复合形结构；这类隔框设计不但整体满足了飞机机体原设计的空气动力学要求,同时也可为隐身一体化设计提供了一种标准化的参考模式。

6、所述隔框主体断面为如图8中a所示的工字型、如图8中b所示的半工字型、如图8中c所示的z字型结构中的一种或多种；这类结构方便于一体成型模具的加工和隔框一体成型生产工艺的实现,且成品率高。

7、所述隔框主体、桁梁专用接口、连接耳板为一体成型结构；这种设计能保证结构的统一和精准,也提高了机体整体的结构强度,还可大量省去了上述接口的连接板件和紧固件,也减低了机体的重量,节约了装配人工费用,提高了生产效率,其综合优势明显强于分立组合结构。

8、优选的方案中，在腹板或翼板或筋板对应位置设置有根据长桁的安装要求布置的长桁安装固定孔；长桁通过长桁连接件、长桁固定件、长桁安装固定孔组合安装固定在隔框主体上。这种设计有利于把长桁安装在隔框受力最佳位置,使得整个机体结构受力分布更合理。

9、优选的方案中，所述隔框主体上安装有加强隔框，加强隔框与隔框主体为一体成型结构；大部分机体结构都有组合式的加强框，如机舱门、起落架、货舱底板横梁等，把加强隔框与隔框主体做成一体成型结构主要是加强节点强度，大量减少构造梁柱、连接件等，减低机体重量，提高组装效率，综合节约成本。

10、优选的方案中，所述隔框主体/加强隔框上设置有轴套支架，轴套支架设置支撑架、轴套安装基座、主轴通孔和轴套安装孔，主轴通孔和轴套安装孔设置在轴套安装基座上；轴套支架与隔框主体/加强隔框为一体成型结构。大部分飞机都有传动机构，设置一体成型的轴套支架也是为了加强节点的结构强度并减少组合件数量，保证传动轴系的安装精度，降低机体结构重量。

11、优选的方案中，所述隔框主体设置有长桁接口；所述长桁接口由长桁穿越洞口、长桁穿越套管组成；所述长桁穿越洞口、长桁穿越套管均为长桁的仿形结构，布置在隔框主体外侧的翼板和筋板连接位置的腹板上，长桁穿越套管周边分别与附近隔框主体外侧的翼板和筋板相连接；长桁是穿过长桁穿越洞口后通过长桁连接件、长桁固定件、长桁安装固定孔组合安装在隔框主体上；长桁接口与隔框主体为一体成型结构。这种结构设计有众多优点，一是长桁穿越洞口、长桁穿越套管均为长桁的的仿形设计有利于稳定长桁受力时的位移与结构变形，二是长桁穿越套管周边分别与附近隔框主体外侧的翼板和筋板相连接是为了对长桁穿越洞口后减低的结构力学性能进行补偿，三是在临近隔框主体外侧的翼板和筋板位置设置长桁穿越套管可以减少长桁穿越套管的周长，降低长桁接口的整体重量，节约航材，四是长桁接口两侧都可以安装固定有利于两段长桁在此对接后的结构强度；五是长桁接口选择此处是隔框主体受力最合理处，对整体结构强度影响较小。

12、优选的方案中，所述桁梁专用接口设有桁梁套管，桁梁套管内部形状是与桁梁外部尺寸配合安装的空间结构，桁梁套管上设有桁梁安装孔，桁梁穿越桁梁套管后用螺栓穿过桁梁安装孔安装固定的；桁梁专用接口与隔框主体为一体成型结构。在机体结构设计中,桁梁可由直角型材、c型材、矩形管等担当，桁梁往往是作为大梁的补充来提高机体的整体结构强度的,桁梁的截面加大就视为大梁,这种设计有利于提高机体结构的纵向抗弯曲和横向抗剪性能,尤其是在宽体客机和纵列式双旋翼运输机上尤其重要，采用与隔框一体结构成型也是为了更好的保证接口处的整体结构强度；桁梁专用接口两侧都可以安装固定有利于两段桁梁在此对接后的结构强度。

13、优选的方案中，所述隔框主体设置机翼接口耳板，机翼接口耳板与隔框主体为一体成型结构。本项设计不但加强了机翼接口处的强度，也增加了可靠性，灵活实用，减少了大量的专用连接件和五金配件，还降低了机翼处的接口重量，也提高了机翼的装配效率。

14、优选的方案中，所述隔框主体设置起落架接口，所述起落架接口由起落架套管、起落架加强筋板组成，起落架套管上设有起落架安装孔，起落架内撑杆穿过起落架套管后用紧固件穿越起落架安装孔固定；为了增大起落架接口的过载性能，在起落架接口受力方向设置了起落架支撑耳板，通过起落架支撑耳板与斜撑配合连接隔框主体/加强隔框，将起落架冲击力分散到机体结构中；起落架接口与隔框主体为一体成型结构。目前大部分起落架接口附近大都需要设置复杂的组合框架结构进行补强，不但加大了机体重量，而且还占用更大的机体空间，维护保养和检修周期长，也繁琐且困难，本项设计不但加强了起落架接口处的强度，也增加了可靠性，还降低了起落架接口处的接口重量。

15、优选的方案中，所述隔框主体/加强隔框设置着舰助降装置安装接口，着舰助降装置安装接口设置有助降装置控制器接口、助降装置主轴套接口和连体法兰盘，连体法兰盘上有多个助降装置安装孔，助降装置安装孔也可通过斜撑与机体空间结构相连接，保证着舰助降装置安装接口有足够的强度来保障着舰助降装置正常作业；着舰助降装置安装接口与隔框主体/加强隔框为一体成型结构。这种设计有利于对接多种着舰助降装置，并且可以根据实际载荷调整其着舰助降装置的过载强度。

16、飞机机体集成隔框的成型生产工艺方法，其包括组合模具设计加工、胎膜生产、硬质模壳制壳、熔模浇铸、脱模整理检查五个步骤：

17、s1、组合模具的设计加工：完成胎模成型模具设计、硬质模壳成型模具设计、辅助加热固化系统设计→主框架模具、可更换组合模具加工→整体模架设计加工、可更换组合模具通用安装接口加工→模具组装，包括上模、下模安装固定以及模具块组装，其中模具块包括长桁接口、桁梁专用接口、机翼接口耳板、轴套支架、起落架接口、连接耳板、着舰助降装置安装接口模具块中的一种或若干种→模具配合调整，包括合模配合间隙、密封性能，开模与顶出工艺检查；

18、s2、胎模的生产：根据隔框安装部位的要求确定胎模成型组合模具的方式进行合模→通过加压充气检查浇注孔和排气孔是否流畅→多头注入、注满高温消失模液体并冷却固化→开模并同步弹出胎模模型；

19、s3、硬质模壳制壳：将胎模模型修整后并移入制壳模具下模，居中悬空且限位放置→合上模并封堵消失模高温液体排出通道→预留金属或复合材料高温液体浇注口与排气口→浇注自行固化模壳可流动材料使其制壳模具与胎模之间的空腔部分充满→等待模壳固化硬化成硬质模壳→打开消失模高温液体排出通道→辅助加热固化系统通过制壳模具向硬质模壳加热→熔化胎模成液体状态从消失模高温液体排出通道流出回收再用到下一个胎模生产工艺中，直到全部排出→继续升高加热温度，使得硬质模壳达到半烧结状态，达到整体有足够的强度能进入铸造车间进行浇铸；

20、s4、浇铸成型：铸造车间浇铸区铺平一层厚度不低于100mm铸造用细沙并夯实找平→将硬质模壳移送到铸造车间平放在浇铸区沙层上按一定的间距排序→封堵好预留浇铸口与排气口→在硬质模壳周围进行培沙覆盖厚度不低于100mm，并适当捣实且不得伤及模壳变形→打开浇铸口与排气口→将高温金属溶液或复合材料溶液同时注入各个浇铸口，待各排气口溢出溶液为止→及时检查冒口液面下沉并补缩；

21、s5、脱模整理检查：待高温金属溶液或复合材料溶液冷却完全固化超过六个小时后将硬质模壳上层覆盖培沙扒开清理出来继续冷却四个小时以上→再将硬质模壳两侧覆盖培沙清理出来继续冷却六个小时以上→待测得硬质模壳、冒口温度与常温一致后，将硬质模壳连同壳内固化隔框主体平移到专用平台上转入后期整理车间→风冷硬质模壳→切除浇铸口冒口和排气孔液体固化残留→待切口温度接近常温后再分段对称敲碎硬质模壳进行自然冷却到常温状态→全部清理硬质模壳→表面残留清理→成型尺寸精度检查→将隔框主体毛坯件编号并移至到专用产品台架上→结构力学测试合格后成品入库存放→建立技术档案。

22、本发明所达到的有益效果为：

23、1、集成隔框采用一体成型结构，不但增大了隔框的结构强度，也降低了机体结构件的重量，增加任务载荷，提高飞机经济性能；

24、2、集成隔框由于设置了空间结构不同方向的连接耳板，通过在不同的平面、立面、空间布置斜撑，就构成了平面、立面、空间的稳定结构，可以灵活提高机体局部和整体结构强度，也可通过增大隔框间距减少隔框的使用数量，也能减轻机体结构的重量；

25、3、在集成隔框上设置了一体成型的长桁专用接口，通过设置的长桁仿形套管对隔框腹板开口部位进行了强度补偿处理，不影响隔框的整体结构强度；

26、4、集成隔框造型可与飞机外轮廓形状设计一致，隔框外侧的翼板既可以安装长桁，也可以直接安装蒙皮，这样就提高了隔框的多用性，不但能满足原机体设计的空气动力学性能，特别是结构隐身设计标准化后更容易做到整齐划一，减少不必要的物理回波；

27、5、在集成隔框上设置了一体成型的桁梁专用接口，使得桁梁安装更加方便，不但省去了大部分桁梁连接附件，也有利于提高大型机体的结构强度和安装精度，特别适合承载大载荷的宽体客机和纵列式多旋翼大型直升机的结构设计；

28、6、在集成隔框上设置了一体成型的机翼专用接口，省去了大量的机翼接口分立连接元器件，不但提高了连接强度和精度，也降低了此部位的重量，节约了成本；

29、7、在集成隔框主体/加强隔框设置了轴套支架，方便精确安装传动系统，并分散局部大荷载，有利于减轻因传动机构振动引起的机体结构的疲劳强度，提高飞机寿命；

30、8、在隔框主体/加强隔框上设置了起落架专用接口，通过起落架套管及其连体的筋板、耳板与斜撑的配合，有效的把飞机降落时的冲击荷载分散到机体结构中，提高了机体过载的安全可靠性，延长使用寿命。

31、9、由于集成隔框是一体成型结构，并设置了长桁接口、桁梁接口和多方向连接耳板，则同时具备组合成构架式机身、桁梁式机身、桁条式机身、硬壳蒙皮式等机身的特性。

32、10、由于集成隔框是一体成型结构，设置了多个方向的连接耳板，通过斜撑安装使得机体有很高的结构强度，可承担更大的过载载荷，也为悬挂安装航空设备提供了便捷条件。

33、11、由于集成隔框是一体成型结构，并设置了着舰助降装置安装接口，着舰助降装置安装接口设置有连体法兰盘与若干助降装置安装孔，也可通过斜撑与机体空间结构相连接，使得接口能够承载更大的荷载，提高了舰载直升机起降的安全可靠性。

34、12、在隔框主体/加强隔框上设置了若干减重孔，在不影响结构强度的前提下尽最大限度的降低机体重量。

35、13、提供了一体成型的生产工艺，不但能保证隔框主体的结构强度，也能保证各项功能部位的安装精度，还节省了大量的连接件与附件，大幅度降低了机体重量，许多异形复杂的接口、孔洞、轴系、耳板、筋板等均可直接一体成型，减少了多重繁杂的后续机加工流程，综合效益也显著提高了数倍。