浮框不直接 与蒙皮 连接 ，发生坠撞 时 ，角片先破 坏 ，将框与
表 ２ 排钉角度 ａ推 荐值
Ｒ＝拉 伸应 力 ／ 弯 曲应 力 ａ
Ｒ≤ ４（ 弯曲载荷大 ）
４＜Ｒ ≤ １ ５
ａ＝ ３ ０会通过框 传给客舱地 板结构 ， 有效 保障客舱旅客安全 。
目前 民机普通隔框均 用钣金浮框 ，制造简单 ，成 本低 ， 工艺成熟 、成 品率 高 。钣金框常采用 Ｚ型截 面 ，刚度和侧 向 稳定性好 ，也便 于自动钻铆机 进行打孔和装配 。机加框 常选 择 ”Ｃ” 、 ”Ｉ ”型 截 面 ，材 料 使 用 率 高 。需 在 腹 板 开 孔 让 长
桁 通过 ，需关 注开孔位置的疲 劳 性能 。通常在长桁孔边整 体
机加出加强筋 ，提高腹板刚度 ，降低孔边应力 。
对于 同样 承载能力 ，机加 框方案重量较轻 。因为机加 框
材料集成度高 ，结构效率高 ，还省 去了框和角片之 间的连 接 结 构和紧 固件 。考虑飞机适坠 性时 ，浮框结构优于机 加框 。
的安装高度 。确定了框高后 ，再根据 载荷确定框结构方案 并 进行详细 设计 和优 化 ，最终确定框截面尺寸 。
筋 壁板结构 ，它承受了机身 弯曲 、剪切 、扭转 以及 客舱压力
引起 的大部分 载荷 。机身壁板 在压缩载荷 下类似于 细长柱结 构 ，为 防止其发生低载失稳 ，通常布置 隔框 对壁 板提 供支撑 。 按一 定间隔布置 的隔框将机 身壁板分 成很多段 ，对 长桁提供 侧 向支撑 ，有效避免总体 失稳的发生 ，提 高了 长桁 和壁板的
小均不一样 。这样受载严 重的紧 固件 会先发生破 坏 、失效 ，
框 分 段 位置
从而载荷转 至其他紧 固件 ，最终导致 整个连接 区域 失效 。合 理 布 置 紧固 件 ，可 以避 免 此类 事 情 。图 ５所 示 对接 带 板的 排 钉角 度 ａ取 决于拉 伸和弯 曲载荷 比 。选择 合适的 ｏ ［ ，不
２ ０ １万 一 ５ ０ ０万 ◎
网剑
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ７ ． １ ４ ． ０ ３ ５
可实现度
可替代度
行业曲线
民机机身最 主要的结构件是 由 “ 蒙皮 ＋长 桁 ”组成ａ ２ ， ￣ ｌ ： ｌ
角
接 扳
图 ４ 框对接结构 示意图
钣 金
优点 加工 成本 低
挤 压型 材
加工 成本 低
机加
加工成 本 高
Ｎ
缺点 设 计受 工艺 限制 ， 设 计受 工艺 限制 ，只 有缘 可 以按载 荷 不 同 截 面厚度 不 可变 条和腹 板厚 度 可变 优化 框截 面
图 ２ 隔框类型 及优 缺点 图 ５ 框对接带 板排钉角度 取 决于拉伸弯 曲载荷 比 很 好的避免 了端部峰值效 应 ，拉伸载荷分 配到每一颗 紧固件 上 载荷几乎一 样 ，但弯矩 分配到每一个钉 上的钉载情 况和大
图 ２给 出民机 常用的三种隔框 ：钣金框 、型材框和机 加
框及各 自优缺 点 。钣金框加工 成本低 ，承载能力较弱 ，一 般 通过角片与壁 板连接 。机加框加 工成本高 ，承载能力 高 ，常 用于加强 框 。机加框可设计性 最强 ，可以根据承载要 求优化 腹板和缘 条 ，而且由于使用 紧固件少 ，疲劳源少 ，装 配工作
Ｍ 为机身弯矩 ）才能对壁板提供 有效 支撑 ，框高决 定了隔框 刚度 。其次 ，框 高还要满足总体 定义的客 舱高度 以及内饰板
９ ５ 一
图 １ 隔框及壁板示 意图
◎２ ０ １万 一 ５ ０ ０万
中 国 科 技 信 息 ２ ０ １ ７ 年 第１ ４ 期－ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｑ Ｎ Ｊ ｕ ｔ ２ ０ １ ７
隔框分段和 对接 等几个方面介绍机身隔框设计 。
设计 准则
进行隔框 设计时 ，首先 要确 定的是框 距和框高 。隔框作 用是 支撑机 身壁板 ，并作 为蒙皮的止 裂带 。确定框 距时 ，要
考 虑压缩和 剪切 载荷下机身 蒙皮稳定性 ，客舱和货 舱传给蒙
皮 的载荷 ，以及 壁板损伤容 限要求等 。此 外 ，框间距 还应考 虑各类舱 门以及观察窗开 口 。 框高的确定 要考虑两方 面要求 。首先 ，隔框要具有 足够 的刚度 （ Ｅ ｌ ＝ ＭＤ２ ／ １ ６ ０ ０ Ｌ ，其中 Ｄ为机身直径 ，Ｌ为框距 ，
Ｒ＞ Ｉ ５（ 近似纯拉伸 ）
ａ＝ ９ ０
分 段及 连接
出于 制造 、装 配等 工艺性原 因 ，同壁板一样 ，隔框也要 分段制造 。隔框的分段 应选择弯矩 小 、应力低的 区域 。为方 便与壁板 装配 ，隔框分 段要与壁板 分块匹配 。通 常选择在两
量小 。
承 载能力 。隔框 还作为壁板 的环 向止 裂带 ，壁板 受拉裂纹扩
展 至隔框 即停止向前扩 展 。此外 ，加 强隔框还 起到承受 、分 散集 中载荷 的作 用 ，如机 翼对接框 ，气密端框等 。 普通 隔框只起到支撑壁 板的作用 。综 合考虑加 工成本和 承 载要求 ，普通 隔框通常选 择浮框结构 。钣金框通 过多个剪 切 角片与蒙皮和 长桁连接 ，如 图 １所 示 。壁板和框 之间载荷 通过 分散的 角片传递 ，符合 “ 破损 一安全 ”的设计 思想 。加 强 隔框 通常选择承载能力高 的整体机加框 ， “ Ｊ ”型 、 “ Ｃ” 型、 “ ｌ ”都是常用 的加 强框截面形式 。本 文将 从隔框布置 、
仅 可 以优 化钉 组每 一 颗紧 固件 的 疲劳 特性 ，同 时改 善对 接 区的静 强度 。表 ２给 出排钉 角度 ａ 的推荐 值 。除 了纯 拉伸 （ 弯曲载荷 较小 ）情况 ，应力水平低 的对 接区域 ，一 般选择
ｏ ｃ ＝ ９ ０ 。 排钉 。
图 ３ 典型机 身截面 隔框分段位置示 意图