民用飞机舱门优化分析

2021-01-15索瑞中航西飞民用飞机有限责任公司

环球市场 2021年11期

索瑞中航西飞民用飞机有限责任公司

一、民用飞机舱门不同阶段的设计方案

（一）民用飞机舱门的布置

在民用飞机舱门的布置阶段，其主要方法包括：第一，飞机舱门的布置。设计部门应该确定前后登机门、服务门以及货舱门的大小、数量等，之后再考虑其他的应急门，按照飞机机身安装设备的维护情况，分析人员出入的舒适度，以便提高飞机舱门布置的有效性。应该注意的是，飞机舱门的布置也应该兼具应急出口的作用，并按照CCAR 25 部，关于应急出口布置要求的相关内容，构建应急出口的布置方案，以便提高民用飞机舱门的使用及安全处理效果。在应急舱门布置因素分析中，应该保证飞机在非正常姿态的情况下，90 秒内使乘客及机组人员全部在机舱内撤离到安全位置。在民用飞机的货舱门布置中，应该分析飞机的装载能力，并在最大限度上保证包装箱的正常进出，通常情况下，在登舱门以及货舱门布置中，应该将其设置在飞机两侧，以便达到人货分流的目的，同时也可以保证舱门布置的安全性。第二，在民用飞机舱门选择的过程中，其主要类型包括堵塞式、半堵塞式以及非堵塞式等不同形式。对于不同的舱门形式，都应该符合飞机内外部压差所引发的荷载量，以便提高飞机舱门的使用效果。第三，在民用飞机舱门的开启方式选择中，应该根据民用飞机的特点，选择手动操作开启或是动力驱动开启的方式，并通过开启方式的技术研究，降低风险成本，保证飞机舱门使用过程中的安全性。

（二）民用飞机舱门的初步设计阶段

第一，在舱门的总体方案确定之后，相关部门应该根据舱门的位置特点，进行舱门布置以及机构交点的位置协调。首先，分析机构的功能要求，例如，根据舱门的运动方式以及操作方法等，判断舱门是否需要从内外两侧安装操作手柄，同时也应该分析是否设置增压预防装置等，通过这些因素的分析，可以避免民用飞机舱门使用中存在的安全隐患问题；其次，在机构性能的参数确定中，应该按照飞机舱门的使用特点，设定转动角度以及平移距离等；最后，在舱门的安全性能分析中，应该对应急舱门进行简单说明，相关的人机工程应该符合设计标准。例如，在飞机舱门的手柄高度设定中，应该将其设置在门槛上762～1397mm 的位置，提高操作人员的使用效果。第二，舱门结构方案的设计。在民用舱门的结构设计中，通常需要考虑以下因素。首先，根据民用飞机的基本特点，舱门的材料可以选择金属结构以及复合材料结构等，通过不同材料的使用，可以提高飞机舱门的整体性能。其次，在不同钢构件布置的过程中，应该使构件布置满足舱门的强度及刚度需求，以便提高舱门钢构件的设计及的使用效果。第三，在舱门密封形式确定中，设计部门应该根据舱门的密封结构确定密封带截面尺寸以及压缩量的大小等，保证民用飞机舱门设计参数的精准性。

（三）民用飞机舱门的详细设计阶段

1.动力学仿真分析

在民用飞机舱门设计的过程中，通过动力学仿真分析，可以使设计人员清楚地了解基层构建的运动过程，以及与其他构建的运动间隙等，并及时构建干预方案，有效避免民用飞机舱门使用过程中出现的问题。例如，在提升机制仿真分析中，对于提升机制而言，其主要包括导向机构，提升机构以及平移机构等，通过这些机构的综合运用，在平移机构辅助运动的情况下，只是稍微进行提升处理，就可以实现轴线的轻微转动。也就是说，在运动仿真学分析中，对手柄机构进行平移处理，可以达到舱门提升的目的。

2.功能性试验

结合民用飞机舱门的设计特点，在功能性研发试验的过程中，相关设计单位应该根据新型、并未验证的舱门进行设计分析，通过舱门密封性手柄立以及正常开启关闭功能的试验等，确定具体的设计方案。

3.结构优化实验

民用飞机舱门的结构优化设计中，设计部门应该根据舱门骨架的布置特点，选择舱门尺寸、开启方式以及布置关系等，使飞机舱门在保证使用强度及刚度的前提下，达到简洁设计的目的。

4.强度分析

在飞机舱门的强度分析过程中，以蜂窝夹层结构为研究对象。在飞机舱门的材料选择中，使用内外蒙皮均为2024—T42 的铝合金材料，其中的泊松比为0.33，密度为2768 kg/m3，蜂窝芯为5052 铝合金蜂窝芯。飞机飞行的过程中，均布气动荷载为2.7 Mpa，作用在舱门内蒙皮上，并与作用在舱门外蒙皮的方向一致。强度分析内容包括以下几点：第一，在不同蒙皮厚度对舱门刚度影响因素分析中，在初始设计阶段，需要根据以往经验以及机构约束条件等，选择蜂窝芯最后的位置，其厚度达到30.2 mm，机构连接处的厚度达到了23 mm，在实际分析的过程中，可以发现，当蒙皮厚度增加时，对舱门强度的影响是较为明显的。例如，在内外蒙皮厚度，从1.27 到2.80mm 的变化过程中，舱门变形的最大位移在10.27mm 减小到2.86mm。第二，在加强垫板对舱门刚度影响因素分析中，当蜂窝的高度增加到40.2 mm 时，内外蒙皮厚度为1 mm 的情况下，等加强垫板厚度为2 mm 时，舱门的变形最大位移达到了4.11 mm，而在加强垫板厚度为5 mm 时，舱门最大位移为4.05 mm。这一现象意味，加强垫板对舱门刚度的改变影响较小。第三，在抬高接头连接处，蜂窝高度对舱门刚度影响因素分析中。当接头处的蜂窝高度局部抬高10 mm 之后，其位移量减小为0.13mm，通过这一研究可以发现，接头处蜂窝高度增加时并不会对舱门的刚度造成影响。