一种航空电子设备安装架减重优化方法及结构

摘要

本发明属于电子设备机械结构技术领域，涉及一种航空电子设备安装架减重优化方法及结构，包括导向结构、底部安装结构、前部安装结构、后部安装结构。此方法能够有效降低航空电子设备安装架的重量，提高安装架刚度，实现等刚度设计，能够更好的抵抗飞机恶劣的振动环境，保证安装架各方向受力有合适的安全裕度，简少零件数量，提升使用可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电子设备机械结构技术领域，涉及一种航空电子设备安装架减重优化方法及结构。

背景技术

目前常用的一种航空电子设备安装架结构形式如图1所示，由导向件、安装板、前底座、后底座、前紧定机构、后紧定锥销等通过螺钉连接组成。涉及到的加工工艺有车、铣、钣金、热处理等，由于各零件加工工艺复杂，装配结构繁琐，重量较重，已经不适用于未来飞机对成本、可靠性和减重指标的要求。

发明内容

本发明的目的：提供一种航空电子设备安装架减重优化方法及结构，解决航空电子设备安装架减重的问题。

本发明的技术方案：

技术方案一：

一种航空电子设备安装架减重优化方法，所述方法包括：

S1，根据航空电子设备安装架的最大布置空间，确定初始设计边界，其中，安装孔为非设计区；

S2，对航空电子设备安装架施加要求的各种受力方式和约束方式的工况组合；

S3，设置航空电子设备安装架的拔模形状控制；

S4，建立优化目标函数，所述优化目标函数为航空电子设备安装架刚度最大，重量减至原来重量10％；

S5，采用密度罚函数得到航空电子设备安装架的传力结构和对刚度贡献最大的结构；

S6，通过强度校核，对航空电子设备安装架设计区进行修正，进而得到航空电子设备安装架的减重区域和加强区域。

技术方案二：

一种航空电子设备安装架减重结构，包括导向结构、底部安装结构、前部安装结构、后部安装结构；

在导向结构、底部安装结构、前部安装结构、后部安装结构分别设置有减重区域和加强区域。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)所述导向结构由底板和两个侧板围成U型槽，侧板与航空电子设备的单边间隙不小于1.5mm，侧板高度不小于10mm，底板和侧板壁厚不大于2mm。

(2)所述底板上设置有六个减重区域，第一减重区域设置在底板中部，近似长方形，第二减重区域设置在底板前部，近似V型，第三减重区域、第四减重区域、第五减重区域、第六减重区域设置在底板两侧，且每个均近似长方形。

(3)所述底板上还设置有十个加强区域，第一加强区域、第二加强区域、第三加强区域、第四加强区域为底部安装结构之间的最短连接筋，第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域分别对称设置在前部安装结构上，第九加强区域、第十加强区域对称设置在后部安装结构与底部安装结构之间。

(4)所述前部安装结构由第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域围成，且第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域靠近前紧定机构，外侧分别设置有减重斜边。

(5)第一减重区域近似长方形的范围与第一加强区域、第二加强区域、第三加强区域、第四加强区域的包围区域一致；

第二减重区域范围的长宽不超过第一加强区域、第五加强区域、第七加强区域包围的矩形长宽的1/2；

第三减重区域、第四减重区域在第二加强区域、第六加强区域、第九加强区域和侧板包围区域的两端，长度不超过包围区域长度的1/3，高度不超过侧板高度的1/2；

第五减重区域、第六减重区域与第三减重区域、第四减重区域对称，结构形式相同。

(6)第一加强区域的中部有近似V型减重区域，记为第八减重区域，第二加强区域的中部有近似V型减重区域，记为第九减重区域，第三加强区域的中部有近似V型减重区域，记为第十一减重区域，第四加强区域的中部有近似V型减重区域，记为第十减重区域，所述第八减重区域、第九减重区域、第十减重区域以及第十一减重区域的长度不超过对应筋长的一半，高度不超过对应高，壁厚不小于2mm。

(7)在后部安装结构上部设置有加强筋，加强筋中间薄，两侧厚，在加强筋和第九加强区域、第十加强区域之间的区域为减重区域。

(8)在加强筋和第九加强结构、第十加强结构之间的区域为第七减重区域，壁厚不大于2mm。

本发明技术方案提供的航空电子设备安装架能够有效降低航空电子设备安装架的重量，相比传统安装架重量减轻1/3。安装架一阶固有频率比传统安装架提高18％左右，刚度增加，并且实现等刚度设计。能够更好的抵抗飞机恶劣的振动环境，保证安装架各方向受力有合适的安全裕度，避免了欠设计或过设计的发生。采用一体设计形式，简化零件数量，可以同时结合增材制造等先进的加工方式，降低制造成本，提升使用可靠性。

附图说明

图1为传统安装架的结构示意图；

图2为本发明的安装架结构示意图一；

图3为本发明的安装架结构示意图二；

其中，1-前紧定机构，2-后紧定机构，3-导向结构，4-前底座，5-后底座，6-安装板，7-前部安装结构，8-后部安装结构，9-底部安装结构，10-底板，11-侧板，12-第一减重区域，13-第二减重区域，14-第三减重区域，15-第四减重区域，16-第五减重区域，17-第六减重区域，18-第七减重区域，19-第八减重区域，20-第九减重区域，21-第十减重区域，22-第十一减重区域，23-第一加强区域，24-第二加强区域，25-第三加强区域，26-第四加强区域，27-第五加强区域，28-第六加强区域，29-第七加强区域，30-第八加强区域，31-第九加强区域，32-第十加强区域，33-第一底部安装结构，34-第二底部安装结构，35-第三底部安装结构，36-第四底部安装结构，37-后紧定安装孔，38-加强筋1。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种航空电子设备安装架采用一体化设计，将传统的导向件、安装板、前底座、后底座零件集成一体，前后紧定机构通过紧固件与安装架连接。

本发明实施例提供的安装架减重优化方法为：a根据安装架的最大布置空间，给出初始设计边界，将安装孔作为非设计区，其余区域作为设计区；b给安装架施加要求的各种受力方式和约束方式的工况组合；c设置对称和拔模形状控制；d建立优化目标为刚度最大，重量减至10％；e采用密度罚函数计算方法，得到安装架的主要传力结构和对刚度贡献最大的结构；f通过强度校核，对安装架设计区进行修正，进而得到安装架的减重区域和加固区域的设计方法如下。

本发明实施例提供一种航空电子设备安装架，如图2所示，包括导向结构、底部安装结构、前部安装结构、后部安装结构。

所述导向结构由底板和两个侧板围成U型槽，对设备起到支撑和限位作用。侧板与设备的单边间隙不小于1.5mm，侧板高度不小于10mm，底板和侧板壁厚不大于2mm。

如图2所示，所述底板上设置有六个减重区域，第一减重区域设置在底板中部，近似长方形，第二减重区域设置在底板前部，近似V型，第三减重区域、第四减重区域、第五减重区域、第六减重区域设置在底板两侧，且每个均近似长方形。

如图3所示，所述底板上还设置有十个加强区域，第一加强区域、第二加强区域、第三加强区域、第四加强区域为底部安装结构之间的最短连接筋，第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域分别对称设置在前部安装结构上，第九加强区域、第十加强区域对称设置在后部安装结构与底部安装结构之间。

所述底板上设置有六个减重区域，第一减重区域近似长方形，范围与第一加强区域、第二加强区域、第三加强区域、第四加强区域包围区域一致。第二减重区域近似V型，范围长宽不超过第一加强区域、第五加强区域、第七加强区域包围矩形长宽的1/2。第三减重区、第四减重区域近似长方形，在第二加强区域、第六加强区域、第九加强区域和侧板包围区域的两端，长度不超过包围区域长度的1/3，高度不超过侧板高度的1/2。第五减重区域、第六减重区域与第三减重区域、第四减重区域对称，结构形式相同。

所述底部安装结构采用圆柱结构形式，圆柱壁厚不小于2.5mm。底部安装结构与设置在底部的加强区域连接。

所述前部安装结构由第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域分别围成，要求第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域尽量靠近前紧定机构。

所述第五加强区域、第六加强区域和第七加强区域、第八加强区域壁厚不小于2mm，外侧有减重斜边。

所述后部安装结构高度不超过后紧定高度10mm。在后紧定安装孔直径20mm范围内，后部安装结构壁厚不小于5mm。在后紧定安装孔与其最近的底部安装结构、底部安装结构之间设计有第九加强区域、第十加强区域，第九加强区域、第十加强区域的宽度不小于10mm。

所述后部安装结构顶部有加强筋，加强筋靠近安装结构中间越薄，靠近两侧后紧定安装孔越厚，加强筋厚度不大于3mm。在加强筋和第九加强区域、第十加强区域之间区域为第七减重区域，壁厚不大于2mm。

所述第一加强区域、第二加强区域、第三加强区域、第四加强区域为底部安装结构之间的最短连接筋，其中部有近似V型减重区域：第八减重区域、第九减重区域、第十减重区域、第十一减重区域，长度不超过对应筋长的一半，高度不超过对应筋高度，壁厚不小于2mm。

本发明技术方案提供的航空电子设备安装架能够有效降低航空电子设备安装架的重量，相比传统安装架重量减轻1/3。安装架一阶固有频率比传统安装架提高18％左右，刚度增加，并且实现等刚度设计。能够更好的抵抗飞机恶劣的振动环境，保证安装架各方向受力有合适的安全裕度，避免了欠设计或过设计的发生。采用一体设计形式，简化零件数量，可以同时结合增材制造等先进的加工方式，降低制造成本，提升使用可靠性。