飞机机头抗鸟撞的挡板组件的制作方法

1.本发明涉及一种飞机机头抗鸟撞的挡板组件，总体上包括复合材料结构鸟撞吸能挡板组件，可以在有效提高机头结构抗鸟撞性能的同时降低结构重量，提高飞机经济性，主要用于提高各类飞机机头结构的抗鸟撞性能。本发明属于飞机结构抗鸟撞设计领域。


背景技术：

2.在飞行期间，飞机有可能遭受鸟类撞击。根据适航条款要求，飞机机头结构应能够在遭受一定重量的鸟的撞击后，仍能够安全飞行和着陆，这就要求机头结构具有良好的抗鸟撞防护性能。
3.飞机机头结构内的前电子设备舱内关键设备众多，需通过在其前面布置防护结构来保证其抗鸟撞防护性能。对于目前电子设备舱，在其前方的结构仅包含雷达罩和前端框，其中雷达罩并无鸟撞防护要求，并且雷达罩设计无法兼顾抗鸟撞性能，因此，对于机头前电子设备舱而言，其抗鸟撞防护主要依赖飞机的前端框区域中的结构的抗鸟撞性能。
4.对于飞机的前端框区域的结构，其抗鸟撞防护主要依赖抗鸟撞挡板。铝合金材料制备的鸟撞挡板的抗鸟撞性能较好，但是其以较大重量为代价，不利于提高飞机的经济性。因此需要在前端框的抗鸟撞挡板综合考虑抗鸟撞防护和结构轻量化设计。
5.现有技术中，《防鸟撞挡板及其制备工艺》公开了一种防鸟撞挡板，该挡板由铝蜂窝板和内外复合材料面板组成。然而，挡板内部为铝蜂窝结构，存在较大的重量代价。此外，该挡板通过铝蜂窝预埋螺套，通过螺钉实现与所保护的机身框结构的连接。这种连接方式导致挡板结构内部开孔，在鸟撞过程中易出现应力集中，影响防鸟撞挡板抗鸟撞性能。
6.《一种飞机机头用复合材料抗鸟撞挡板》公开了一抗鸟撞挡板，该挡板组件由牙板和复合材料板构成，牙板表面分布有突起，用于将鸟体撞碎。然而，该挡板组件牙板材料为金属铝，其材料存在较大重量代价。此外，该挡板组件通过螺栓与其下方的复合材料板连接，类似地影响抗鸟撞挡板的抗鸟撞性能。
7.因此，仍然存在对抗鸟撞挡板的作进一步改进的需求。


技术实现要素：

8.针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种抗鸟撞挡板组件，在满足抗鸟撞挡板的抗鸟撞性能行业标准的同时，能够解决上述提出的存在问题中的一种或多种。
9.在该挡板组件的第一示例中，该挡板组件包括：朝向飞机的航向方向的挡板，挡板包括：挡板波纹板，挡板波纹板具有在整体上呈“ω”形的多个挡板突起部和多个挡板平直部，多个挡板突起部朝向航向方向突起，并且多个挡板平直部间隔地设置在每两个相邻的挡板突起部之间；以及抗冲击涂层，抗冲击涂层涂覆在挡板波纹板的一侧或两侧上，以增加多个挡板突起部的表面张力；以及基板，挡板连接到基板并且基板连接到飞机的前端框。
10.在该挡板组件的第二示例中，可选地包括第一示例，挡板波纹板包括与航空铝材
相比具有更高模量及更高抗弯强度的复合材料，其中挡板波纹板由碳纤维复合材料制成，和/或抗冲击涂层的涂层材料为聚脲聚合物材料。
11.在该挡板组件的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，挡板波纹板的厚度为1.5-3mm。
12.在该挡板组件的第四示例中，可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，挡板波纹板在多个挡板平直部处与基板粘接。
13.在该挡板组件的第五示例中，可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，多个挡板平直部长度不超过多个挡板突起部的弧形的直径的三分之二。
14.在该挡板组件的第六示例中，可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，挡板波纹板的多个挡板突起部的弧形直径为30-60mm，和/或挡板波纹板的多个挡板平直部的长度为15-30mm。
15.在该挡板组件的第七示例中，可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，在多个挡板突起部与基板封围的空腔中填充泡沫材料。
16.在该挡板组件的第八示例中，可选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，基板构造成夹芯板形式，并且包括夹芯部和在两边夹持夹芯部的面板，并且基板的面板包括与航空铝材相比具有更高冲击强度以及更大断裂韧性的复合材料，其中面板由芳纶纤维复合材料或聚乙烯纤维复合材料制成。
17.在该挡板组件的第九示例中，可选地包括第一示例至第八示例中的一个或多个，基板的夹芯部包括两层芯板波纹板，其中两层芯板波纹板都具有在整体上呈“ω”形的多个芯板突起部和多个芯板平直部，多个芯板平直部设置在间隔地在每两个相邻的芯板突起部之间，并且两层芯板波纹板的芯板突起部彼此相对地突起并且彼此错位，并且其中两层芯板波纹板在多个芯板平直部处与面板粘接，并且面板固定到飞机的前端框，其中两层芯板波纹板在彼此相邻的芯板突起部之间粘接。
18.在该挡板组件的第十示例中，可选地包括第一示例至第八九示例中的一个或多个，夹芯部的芯板波纹板的多个芯板突起部的弧形直径在15mm-35mm的范围内，并且多个芯板平直部的长度在5mm-10mm的范围内，和/或面板的厚度为1-3mm，和/或芯板波纹板的厚度为1-2mm。
19.本发明的飞机机头复合材料抗鸟撞的挡板组件，在吸能的复合材料“ω”形波纹板形式的挡板上涂覆抗冲击涂层，在挡板下方设置复合材料波纹夹芯板形式的基板，在提高结构整体抗鸟撞吸能能力的同时实现结构轻量化设计。
20.本发明的挡板组件，与其对应的同等质量的铝板结构会被鸟体穿透，无法满足抗鸟撞要求；而本发明的复合材料抗鸟撞挡板组件能够有效阻止鸟体穿透，显著提高机头结构抗鸟撞效果。因此本发明的挡板组件，能够在保证抗鸟撞防护功能的同时，实现结构轻量化。
21.此外，本发明的挡板组件内部无需通过螺栓连接，不存在因开孔导致的应力集中现象，不会导致出现意料之外的局部破坏，结构鲁棒性高。
附图说明
22.为了描述本发明的上述和其他特征的实施方式，将参考附图中示出的本发明的示
例性实施例来呈现以上简要描述的本发明的更具体描述。可以理解，这些附图只描绘了本发明的各示例性实施例，而不应当被认为是对其范围的限制，将通过使用附图并利用附加特征和细节来描述和解释本发明。在附图中：
23.图1是根据本发明的优选实施例的飞机机头抗鸟撞的挡板组件的示意图；
24.图2是图1的挡板组件的挡板的示意图；
25.图3是图1的挡板组件的基板的示意图；以及
26.图4是挡板组件的安装到飞机机身的立体示意图。
27.图1-4大致按比例绘制，然而附图中的尺寸仅是示意性的，不必按比例绘制，而是旨在更清楚说明。在其他实施例中，可以使用其他相对尺寸。
28.在此以及在下文的所有内容中，不同附图中出现的相同特征用相同或类似的附图标记表示。
29.附图标记列表：
[0030]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
挡板组件
[0031]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
前端框
[0032]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
挡板
[0033]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
挡板波纹板
[0034]
11a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
挡板突起部
[0035]
11b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
挡板平直部
[0036]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
抗冲击涂层
[0037]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基板
[0038]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
芯板波纹板
[0039]
21a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
芯板突起部
[0040]
21b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
芯板平直部
[0041]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
面板
具体实施方式
[0042]
下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0043]
图1-3中提供了本发明的优选实施例中，定义“航向方向”为图1-3中朝向向上方的方向。此外，鸟体来袭方向整体上为逆航向方向。
[0044]
图1示意性地示出了本发明的优选实施例的飞机机头抗鸟撞的挡板组件1，其主要包括由涂层增强的挡板10和基板20。
[0045]
涂层增强的挡板10可以连接到基板20朝向航向方向的一侧上，即，相对于整个挡板组件1可以在基板20的外侧。并且基板20可以通过螺栓连接到飞机机头的前端框2的预定位置(参见图4)，并且雷达罩也安装到前端框2并且覆盖本发明的挡板组件1，其中前端框2为飞机机头处的第一框架结构。
[0046]
在优选实施例中，挡板10可以包括挡板波纹板11和抗冲击涂层12。波纹板的抗剪
切能力较弱，涂覆涂层可以增加结构表面张力，提高波纹板侧向支撑能力(将在下文中详细描述)。挡板波纹板11的内外表面都可以涂覆抗冲击涂层12，即抗冲击涂层12可以涂覆在挡板波纹板11的一侧或两侧上，以增加多个挡板突起部11a的张力(将在下文中详细描述)，两者结合能够提高鸟撞过程中挡板组件1吸能能力以及起到分散鸟体撞击力的作用。
[0047]
挡板10的挡板波纹板11通常选择复合材料，相比于传统航空铝材，可以起到减重及提高比强度的作用。
[0048]
较佳地，挡板波纹板11可以选择与航空铝材相比具有更高模量及更高抗弯强度的碳纤维复合材料，在优选实施例中，挡板波纹板11由3k平纹碳纤维布和环氧树脂制成。较佳地，挡板波纹板11的厚度为1.5-3mm，在优选实施例中，挡板波纹板11的厚度为2mm。在优选实施例中，挡板波纹板11的密度为1.7g/cm3，
[0049]
较佳地，抗冲击涂层12的涂层材料可以为聚脲聚合物材料。
[0050]
现在转到图2，其示意性地示出了挡板10。较佳地，挡板波纹板11还可以具有多个挡板突起部11a和多个挡板平直部11b，其中挡板平直部11b间隔地设置在每两个相邻的挡板突起部之间。挡板波纹板11表面分布有朝向航向方向突起的弧形结构的挡板突起部11a，可增大鸟撞时鸟体与挡板10的冲击接触面积，减小撞击的作用力的集中。
[0051]
较佳地，挡板突起部11a呈半个卵圆形状，相比于三角形等齿牙式的突起形状，卵圆形状可以最大程度的增加涂覆有涂层的波纹板与鸟撞击时，撞击鸟体与挡板突起部11a的接触面积和接触时长，同时可以改变鸟体撞击姿态，实现正向撞击改变为侧向撞击，降低作用于基板20的正向冲击能量，提升外层挡板10的抗鸟撞吸能效果。因此，相比于常规形状的突起，能够在保证同等抗鸟撞能力的同时减小波纹板厚度，实现轻量化设计。
[0052]
较佳地，挡板突起部11a和挡板平直部11b在整体上呈“ω”形，相比于常见的连续波纹板结构需要在端部螺接所导致的紧固件应力集中，“ω”形波纹板的平直部能够与基板20粘接，这样可以避免因波纹板需要紧固件开孔导致的应力集中现象，可以避免因孔边应力集中导致局部失稳。较佳地，通过环氧树脂结构胶黏剂将多个挡板平直部11b的表面与基板20的面板22胶接。此外，“ω”形波纹板的平直部还易于现场组装操作，为人员的手动工具深入提供操作空间。
[0053]
进一步地，多个挡板突起部11a的弧形的直径不超过行业规定中适航条款的1.8kg鸟体直径的数值，并且挡板平直部11b的直线段长度不超过挡板突起部11a的弧形段直径的三分之二。在保证外层挡板10的“ω”形波纹板胶接强度的同时，控制突起处的弧形直径，保证标准鸟体直径远大于弧形直径及其间隔，从而使鸟体在撞击到挡板时，能够与弧形结构有效碰撞，避免鸟体直接通过平直段的可能，从而尽可能利用挡板突起部11a改变鸟体姿态，提高结构与鸟体接触时间，提高挡板整体吸能效果。
[0054]
较佳地，挡板波纹板11的挡板突起部11a的弧形直径为30-60mm，优选实施例中为30mm。较佳地，挡板平直部11b的长度为15-30mm，优选实施例中为15mm。
[0055]
此外，由图1可见，挡板突起部11a形成的弧形与基板20封围出中空的空腔，可起到吸能作用。较佳地，这些空腔中可以填充pvc泡沫材料，提高其结构刚度，从而增强其抗鸟撞冲击能力。
[0056]
图3示意性地示出了基板20。在优选实施例中，基板20可以构造成夹芯板形式，并且可以包括夹芯部和在两边夹持夹芯部的面板22。其中面板22用于防止鸟体穿透，夹芯部
则用于增加基板20的整体刚度，提高其鸟撞整体吸能效果。可以理解，单个基板20已经满足抗鸟撞的行业标准，因此考虑到尽量减小重量和空间，无需堆叠多个基板20。
[0057]
基板20的面板22和夹芯部通常选择复合材料，相比于传统航空铝材，可以起到减重及提高比强度的作用。
[0058]
较佳地，面板22可以选择与航空铝材相比具有更高冲击强度以及更大断裂韧性的复合材料。较佳地，面板22由芳纶纤维复合材料板或聚乙烯纤维复合材料制成，优选地，由k-129芳纶纤维布和环氧树脂制成，优选地，密度为1.4g/cm3，厚度为2mm。
[0059]
较佳地，夹芯部可以选择与航空铝材相比具有更高模量及更高抗弯强度的碳纤维复合材料，类似于上文所述的挡板波纹板11的碳纤维布和环氧树脂。
[0060]
如图3所示，在优选实施例中，基板20的夹芯部可以包括两层芯板波纹板21。较佳地，两层芯板波纹板21都具有多个芯板突起部21a和多个芯板平直部21b，其中芯板平直部21b间隔地设置在每两个相邻的芯板突起部之间。
[0061]
芯板波纹板21的形状和优点类似于上文所述的挡板波纹板11并且在此为了简介的目的不再重复描述。
[0062]
较佳地，基板20的夹芯部可以由两层芯板波纹板21错位反向叠加耦合而成，具体地，两层芯板波纹板21的芯板突起部21a彼此相对地突起并且彼此错位。夹芯部采用双层“ω”形的芯板波纹板21耦合设计，相比于常规单层“ω”形的波纹板，具有更高的比刚度和比强度，可以有效的提高夹芯部内部的两层“ω”形波纹板结构的接触面积，提高基板20的吸能效果。
[0063]
由于不同材料错位布置产生的声阻抗差异，可有效改变冲击波在不同介质间的反射和投射传播规律，起到衰减能量的作用。波纹板形式的夹芯部与面板之间的空隙较大，能够有效的提高抗鸟撞吸能效果。
[0064]
在优选实施例中，夹芯部的两层芯板波纹板21可以设置成，彼此之间通过面板胶接连接，具体地，两层芯板波纹板21之间通过错位一个芯板突起部21a的半径来对接，并且在接触处胶接，较佳地但不限于通过环氧树脂结构胶黏剂胶接连接。
[0065]
双层芯板波纹板21的耦合设计可以提高芯板突起部21a的侧向支撑，有效的提高基板22板平面中的侧向方向的支承能力，防止复合材料夹芯部的结构分层破坏以及面内失稳，从而提高基板22的整体抗鸟撞能力。
[0066]
较佳地，两侧芯板波纹板21分别通过各自的芯板平直部21b的平直部段与对应的面板20胶接，例如但不限于通过环氧树脂结构胶黏剂胶接连接，提高了面板与芯板连接强度。
[0067]
较佳地，芯板波纹板21的芯板弧形突起部11a的弧形直径为在15mm-35mm的范围内，并且芯板平直部11b的长度在5mm-10mm的范围内。在优选实施例中，芯板波纹板21的芯板突起部21a的弧形直径为20mm并且突起部之间芯板平直部21b的长度为10mm。
[0068]
较佳地，面板22的厚度为1-3mm，并且芯板波纹板21的厚度为1-2mm。从而控制“ω”形波纹夹芯板厚度，降低基板整体厚度，提高后期整流罩维修可以占用的空间。
[0069]
遭遇鸟撞时，朝向航向方向的外侧的挡板10起到吸能以及改变鸟体撞击姿态的作用；内侧的基板20则用于进一步提高挡板组件1的整体吸能能力以及防穿透作用。
[0070]
在鸟撞发生时，鸟体首先撞击到涂覆涂层的挡板10，由于与常规的齿牙形突起部
相比，“ω”形的挡板波纹板11的涂层与鸟体接触面积更大，可以吸收更多的鸟体冲击能量，侧向分散作用力，将较少的力传递到基板20。
[0071]
挡板突起部底部的中空空腔填充pvc泡沫材料，对“ω”形的挡板波纹板11起到支承的作用，同时增大挡板组件1的整体结构的吸能性能。
[0072]
基板20的夹芯部的两层芯板波纹板的面板22同样均为复合材料，与铝合金平板相比，可以更好地控制结构重量。两层芯板波纹板的设计与单层波纹板相比，可以提高芯部的“ω”形的芯板突起部21a在侧向方向上的支持，起到衰减能量的作用，与常规的铝制蜂窝结构相比，在保证结构吸能和抗鸟撞性能的同时，可以减小挡板组件1的体积。
[0073]
以上，为了使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，结合本发明的具体实施方式和附图对本发明的技术方案进行了清楚、完整地描述。
[0074]
尽管以上已经描述了各种实施例，但应当理解，它所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而非全部的实施方式，它们以示例而非限制的方式提出。对相关领域技术人员而言显而易见的是，所公开的主题可以其它特定的形式实施而不脱离其精神和必要特征。
[0075]
因此，以上所描述的实施例在所有方面被认为是示例性而非限制性的，并不作为对本发明做任何限制的依据。
[0076]
基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式均属于本发明所要保护的范围。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

技术特征：
1.一种飞机机头抗鸟撞的挡板组件，其特征在于，所述挡板组件包括：朝向所述飞机的航向方向的挡板(10)，所述挡板(10)包括：挡板波纹板(11)，所述挡板波纹板(11)具有在整体上呈“ω”形的多个挡板突起部(11a)和多个挡板平直部(11b)，所述多个挡板突起部(11a)朝向所述航向方向突起，并且所述多个挡板平直部(11b)间隔地设置在每两个相邻的挡板突起部之间；以及抗冲击涂层(12)，所述抗冲击涂层(12)涂覆在所述挡板波纹板(11)的一侧或两侧上，以增加所述多个挡板突起部(11a)的表面张力；以及基板(20)，所述挡板(10)连接到所述基板(20)并且所述基板(20)连接到所述飞机的前端框(2)。2.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，所述挡板波纹板(11)包括与航空铝材相比具有更高模量及更高抗弯强度的复合材料，其中所述挡板波纹板(11)由碳纤维复合材料制成，和/或所述抗冲击涂层(12)的涂层材料为聚脲聚合物材料。3.根据权利要求2所述的挡板组件，其特征在于，所述挡板波纹板(11)的厚度为1.5-3mm。4.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，所述挡板波纹板(11)在所述多个挡板平直部(11b)处与所述基板(20)粘接。5.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，所述多个挡板平直部(11b)长度不超过所述多个挡板突起部(11a)的弧形的直径的三分之二。6.根据权利要求5所述的挡板组件，其特征在于，所述挡板波纹板(11)的所述多个挡板突起部(11a)的弧形直径为30-60mm，和/或所述挡板波纹板(11)的所述多个挡板平直部(11b)的长度为15-30mm。7.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，在所述多个挡板突起部(11a)与所述基板(20)封围的空腔中填充泡沫材料。8.根据权利要求1所述的挡板组件，其特征在于，所述基板(20)构造成夹芯板形式，并且包括夹芯部和在两边夹持所述夹芯部的面板(22)，并且所述基板(20)的所述面板(22)包括与航空铝材相比具有更高冲击强度以及更大断裂韧性的复合材料，其中所述面板(22)由芳纶纤维复合材料或聚乙烯纤维复合材料制成。9.根据权利要求8所述的挡板组件，其特征在于，所述基板(20)的所述夹芯部包括两层芯板波纹板(21)，其中两层所述芯板波纹板(21)都具有在整体上呈“ω”形的多个芯板突起部(21a)和多个芯板平直部(21b)，所述多个芯板平直部(21b)间隔地设置在每两个相邻的芯板突起部之间，并且两层所述芯板波纹板(21)的所述芯板突起部(21a)彼此相对地突起并且彼此错位，并且其中两层所述芯板波纹板(21)在所述多个芯板平直部(21b)处与所述面板(22)粘接，并且所述面板(22)固定到所述飞机的前端框(2)，其中两层所述芯板波纹板(21)在彼此相邻的芯板突起部(21a)之间粘接。
10.根据权利要求9所述的挡板组件，其特征在于，所述夹芯部的所述芯板波纹板(21)的多个芯板突起部(21a)的弧形直径在15mm-35mm的范围内，并且所述多个芯板平直部(21b)的长度在5mm-10mm的范围内，和/或所述面板(22)的厚度为1-3mm，和/或所述芯板波纹板(21)的厚度为1-2mm。

技术总结
本发明涉及一种飞机机头抗鸟撞的挡板组件。该挡板组件包括：朝向飞机的航向方向的挡板，挡板包括：挡板波纹板，挡板波纹板具有在整体上呈“Ω”形的多个挡板突起部和多个挡板平直部，多个挡板突起部朝向航向方向突起，并且多个挡板平直部间隔地设置在每两个相邻的挡板突起部之间；以及抗冲击涂层，抗冲击涂层涂覆在挡板波纹板的一侧或两侧上，以增加多个挡板突起部的表面张力；以及基板，挡板连接到基板并且基板连接到飞机的前端框。本发明的挡板组件在提高结构整体抗鸟撞吸能能力的同时实现结构轻量化设计，能够在满足抗鸟撞的行业标准的情况下减小重量，减少厚度。减少厚度。减少厚度。


技术研发人员：施萌 王一帆 吴志斌 孔令勇 高俊
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/6/28