客改货主货舱门口框结构设计浅析

杨先将

摘 要：客改货以较低的购机成本与改装费用赢得了货运航空公司的青睐，主货舱门口框结构设计是改装包中的难点之一，口框结构涉及客机机身结构的拆卸、机身开口加强、货舱门口框与客机机身的连接、货舱门口框与客机机身的装配协调等问题，需满足口框结构的刚度及疲劳设计要求。通过对多种机型的研究，对口框货舱门的布置数量、口框构型等方面进行分析，提出了相应的建议和措施。

关键词：客改货 口框 构型 材料体系 装配

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0035-02

Abstract：The most airlines like the passenger to freighter（PTF）for the lower second-hand plane cost and conversion cost.The main deck cargo（MDCD）door surrounding structure is one difficulty in PTF process， refer to fuselage structure removed，fuselage cutout reinforcement，door and door surrounding structure connection，door surrounding structure and aircraft fuselage assembly coordination etc aspect.Need to meet the requirements of the stiffness and fatigue of the surrounding structure.Through the study of a variety of models，analyzing on door quantity，door surrounding structure configuration etc.，corresponding suggestions and measures are put forward.

Key Words：Passenger to freighter；Door surrounding；Configuration；Material system；Assembly

随着现代社会物流的快速发展，航空运输市场持续增长，相比全新货机高昂的购机成本，尽管客改货飞机维护成本较高，客改货仍以较低的购机成本与改装费用赢得越来越多货运航空公司的青睐。许多机队的客机达到载客服务寿命，未来航空货运市场，客改货飞机将成为主流。

目前世界上主要有A300PTF、A330-200F、B737PTF、B747PTF、B757PTF、B767PTF、B777PTF等机型，其中A330-200F货机为空客设计的全新货机。

主货舱门口框结构设计是改装包中的难点之一，口框结构涉及机身的大开口问题，口框结构起到开口补强作用（图1），口框结构与机身连接界面复杂，涉及客机机身结构的拆卸、货舱门口框与客机机身的连接、货舱门口框与客机机身的装配协调等问题，需满足口框结构的刚度及疲劳设计要求。

1 主货舱门口框布置形式

一般窄体飞机客改货布置一个货舱门，B737PTF主货舱门布置在前机身，而A320PTF主货舱门布置在后机身双曲段，前货舱门构型在上下货时机身后部重量较重有发生倾翻的危险（图2），必要时在机身尾段处使用支撑杆防止倾翻。大型宽体飞机为减少上货时间且方便上下货物布置前后两个主货舱门，B747PTF为前后双货舱门。

三种客改货货舱门布置构型对比见表1。

通过对比分析，窄体飞机后货舱门构型在安全方面具有优势，前货舱门在结构受力、重量、疲劳性能方面具有优势，宽体飞机由于货舱较大，采用双货舱门可以有效减少上下货时间及防止倾翻。

2 口框结构受力分析

客改货主货舱门口框结构大多采用双框双梁结构，主货舱门与主楣梁采用琴键铰链连接，与主槛梁采用闩锁结构连接，视口框变形情况，个别机型在主边框上也布置有闩锁。

货机口框受载情况如下。

（1）机身50%的平均剪切载荷由门承受，另外的50%由开口周围的结构承受；

（2）在舱门未加锁闩时，极限载荷将分布于舱门开口的周围；

（3）施加到舱门上的增压载荷，环向载荷分力由舱门通过铰链和锁闩100%承受，纵向分力载荷重新分布到上、下主槛梁中；

（4）机身的剪流q0转换为纵向剪流q1、qu和环向的框和锁闩的拉压载荷；

（5）长桁截断在各长桁引起的剪流逐渐扩散到主槛梁；

（6）门角区疲劳载荷最为严重。

典型货舱门口框结构受力如图3。

3 口框结构分析

客机地板及货机口框闩锁结构形式对客改货口框结构设计有较大的影响，目前客机主要分为地板纵梁整体跨过地板横梁与地板纵梁开豁口骑在地板横梁上两种构型，后者可以增加货舱的高度与容积。

空客系列客机客改货多采用双框、主辅楣梁、扭力盒槛梁结构，空客采用的闩锁机构占用空间较大，主槛梁位于地板横梁下方，扭力盒槛梁具有较好的抗扭、抗剪特性。

波音系列客机地板结构多采用地板纵梁整体跨过地板纵梁的地板结构，主槛梁与地板横梁在同一平面，闩结构位于地板与主槛梁之间，这种结构具有接头数量较少，紧固件数量少，装配方便。

由于舱门参与了结构受力，主边框省去了止动销等结构，主边框受力情况不是很严重，楣槛梁载荷较大，口框结构基本都采用断梁不断框的设计方案，框梁连接处应力较高，相对变形较大，一般采用弱连接，仅连接框梁腹板。

后货舱门疲劳载荷比较严重，框梁组件采用组合件结构形式，B747后货舱门主边框及楣槛梁采用外缘条2024-O型材、内缘条7075-T7351型材、腹板7075-T6的组合形式，疲劳性能较好，能有效阻止裂纹扩展，维修方便。前货舱门框梁类组件多采用7050-T7451整体机加工艺，可有效降低结构重量，减少零件及紧固件数量。

口框结构选材尽量选用客机材料体系中材料，可省去很多不必要的试验，降低研发成本。

B747口框结构蒙皮与机身蒙皮均采用对接形式连接，边框、辅槛梁、辅楣梁均为蒙皮对接界面，框梁外缘条为“T”形。对接形式结构简单，无需对蒙皮进行修形。在口框与机身装配前，需先将边框、辅楣梁、辅槛梁装配到机身上，再进行口框与机身結构装配。

4 结语

经分析，口框结构设计需综合考虑客机结构、口框布置方案、口框构型、结构形式、材料选择、界面协调等因素，是一项非常复杂的工程，波音公司在客改货方面经验丰富、技术较为先进，值得学习与借鉴。

参考文献

[1] 牛春匀.实用飞机结构工程设计[M].北京：航空工业出版社，2008：89-95.

[2] 王宝忠.飞机设计手册[M].北京：航空工业出版社，2000：198-204.

[3] 马健.“客改货”的适航审定要求探讨[J].国际航空，2010（8）：71-72.