探讨民用飞机舱门挡块设计及公差

陈明松 中航西飞民用飞机有限责任公司

挡块结构是堵塞式舱门和机身连接最为主要的承重零构件，当舱内增压的过程中，那么挡块则会将增压荷载传递给机身。在民用飞机进行增压飞行时，借助挡块结构，将增压荷载传递到机身，确保民用飞机顺畅安全运行。在民用飞机增压飞行时，舱门挡块和机身挡块相互接触，这样可以有效避免舱门打开，所以科学合理的开展民用飞机舱门挡块设计，直接影响着广大乘客们的生命财产安全。在飞机制造的过程中，因为制造误差和增压飞行的影响，很容易导致舱门挡块与机身挡块出现错位现象，甚至还容易出现某组挡块不接触等问题。为此，在开展民用飞机舱门挡块设计时，需要考虑到各种问题，确保每个舱门的挡块都能够与机身挡块相互接触，承受增压荷载。为此，本文将针对民用飞机舱门挡块设计与公差相关内容进行分析。

一、挡块常见结构形式

（一）沿蒙皮圆周布置挡块

沿蒙皮圆周布置挡块是最为常见的民用飞机舱门挡块类型之一，该类型的挡块特点便是沿舱门蒙皮圆周布置。此种类型的挡块，可以有效减少设计人员的工作量，挡块的结构基本可以结合民用飞机舱门结构和各个框平面为基准，确保左右两侧保持对称，确保挡块销钉平行于蒙皮的法线方向。承受的荷载可以顺利的通过连接的梁进行传递。此种挡块设计类型在民用飞机运行的过程中，当舱门打开时，躲开机身口框挡块的难度相对较大，运动机构设计也相对较为复杂。当前很多飞机的登机门、服务门挡块都使用沿蒙皮圆周布置挡块。

（二）沿平均压力平面布置挡块

沿平均压力平面布置挡块也是当前民用飞机舱门常用的挡块类型之一，该类型挡块最为主要的特点便是沿着舱门平均压力平面来布置挡块。该类型的挡块的结构存在一定差异，因为不同挡块的结构形式都是按照横梁端头的安装需求进行设计的，所以需要尽量连接螺栓，合理布置在框平面的两侧，只有个别挡块才能够实现对称排列。虽然该类型挡块结构存在区别性，但是每个挡块的销钉方向呈现出相互平行的特点，并且直接垂直于平均压力平面。借助此种挡块类型，在民用飞机舱门打开时，可以有效躲避机身口框挡块，虽然设计模式较为复杂，但是可以有效降低民用飞机舱门打开机构的难度。

二、民用飞机舱门直角挡块设计

（一）设计要求

在进行直角挡块设计的过程中，以某型号直线飞机的后货舱门为例，其整体结构如图1 所示。在图1 当中，挡块选择沿平均压力平面进行布置，考虑提升打开机构可以方便的躲开机身挡块，舱门需要在导向槽的作用之下，控制舱门的提升运动轨迹。在图1当中可以明确得知，舱门后下部位处的舱门蒙皮曲率变化相对较大，所以沿平均压力平面布置挡块时的梁平面与蒙皮法线的夹角相对较大，促使该位置挡块的螺栓布置相对困难。在舱门打开时，还受到了边框腹板、梁腹板、平均压力平面法线方向等诸多因素影响，所以必须要对通用挡板形式进行完善、改进，科学合理对直角型挡块的圆角处进行合理设计。

（二）直角挡块结构设计

针对某型直线飞机后货舱门直角挡块结构设计时，结合图2，明确该直线飞机后货舱门的边框腹板上挡块布置位置，按照通用类型的挡块设计要求开展设计。结合图2 所示，若螺栓在受力方向上保持对称，将造成挡块的螺栓在框平面两侧分布不均匀，出现一侧有3 个螺栓、另一侧有1 个螺栓的现象，此种设计直接造成腹板受力不均匀，其承载能力也不断降低。结合图2 的方案进行设计，需要加高边框的腹板高度，借助此种方式来排布出合理的螺栓位置。此种设计方式意味着增加横梁高度，促使原材料的经济成本增加，但是此种方式可以有效的提升整个舱门的应用质量，通用类型挡块需要在满足要求的前提之下，付出较大的代价。

图2 （通用类型挡块形式）

为了有效克服通用类型挡块的弊端，就应该确在满足结构尺寸限制的基础上，对该类型挡块进行改进，确保挡块在与边框腹板连接的基础上，还应该与边框的弯边连接，构建出直角形的挡块结构类型。在边框腹板平面内部排布3 个螺栓，在边框弯边同样布置3 个螺栓，借助此种排布方式切实保障荷载两侧、梁平面两侧的螺栓数量相同，有效提升整个飞机后货舱门的承载力，其改进结构如图3 所示。

图3 （直角挡块结构）

（三）直角挡块结构设计考虑因素

在开展直角挡块结构设计的过程中，应该从多个角度开展参数分析思考。①对直角挡块的销钉的荷载方向进行明确，结合该型直线飞机后货舱门的实际需求，做好挡块设计统筹。②明确挡块的销钉支座厚度。③挡块与边框腹板连接螺栓位于销钉两侧，但不在销钉的轴线上。④挡块在腹板平面两侧平均分配螺栓数量，实现对称分配，因为挡块荷载主要传递到横梁上，所以应该确保其承载性能。⑤挡块接头的圆角尽可能做大，有效降低应力集中。⑥挡块加强筋分散布置，利于荷载传递。⑦螺栓孔边距尺寸与螺栓孔间距尺寸进行把控。⑧边框与横梁的螺栓孔边距。⑨选择合适的加工刀具，对刀具的直径和底角半径进行明确。⑩注重刀具加工方向对结构的影响，在满足强度要求的基础上，注重结构减重。

（四）直角挡块结构设计结果

针对某型号直线飞机后货舱门直角挡块结构安装结果如图4 所示，在进行挡块设计时，保障了挡块底部与侧边框腹板连接，挡块上部直角边与边框弯边、横梁连接，切实增强了承载能力，并且降低了边框高度和横梁的宽度，实现了原材料成本降低。

图4 （直角挡块结构在舱门上的安装）

三、挡块公差分析

（一）挡块接触平面上的公差

为了有效的明确挡块接触区域的公差，需要将当前飞机舱门的挡块和机身挡块接触点的公差开展详细分析，明确挡块接触平面上的公差。当前最常使用的挡块接触点公差范围一般为7.6mm，如果工装质量较高，那么接触点的公差范围可以缩小到3.8mm 左右。挡块摩擦块的直径是最初位置的容差与飞行荷载下挡块插销移动的距离之和，如图5 所示。结合相关的强度要求，需要在极限荷载作用之下，明确挡块销钉轴线在挡块当中的投影，投影范围不能超过挡块摩擦块直径的73%。

图5 （某型后货舱门挡块接触平面上的公差）

结合图5 挡块接触平面可以看出，其中公差涵盖了x 方向的公差Tx和z 方向的公差Tz，还有增压荷载作用下的舱门和机身相对应的偏移量△sx、△sz，两者之间的偏移量可以借助计算进行明确。一般计算公差时，必须要全面搜集公差资料，给出挡块实际需求，画出尺寸链条，做好增环减环。在进行各个公差计算的过程中，必须要结合实际情况开展公差计算，按照相应的规范公式开展方差计算：

挡块接触平面上的公差为：

结合事前给定挡块销钉直径d，计算出挡块摩擦块的直径为D=（d+T1）÷75%。

（二）垂直于挡块接触平面上的公差

垂直于挡块接触平面上的公差直接影响着舱门挡块与机身是否可以完全接触，以便于确保飞机增压过程中每个挡块都可以与机身挡块相互接触并承受增压力。在这个方向上的公差，涵盖了装配制造误差、设计给出的相关差值的累积，得到的Ty以及受结构刚度影响的增压飞行时的舱门挡块与机身挡块的相对偏移量△Sy。

垂直于挡块接触平面上的公差：

在进行挡块设计的过程中，为了便于安装调整，可以将挡块销钉设计在轴向可以调整的位置，从而调整范围。可以使用带有螺纹的销钉，与挡块支座的销钉孔进行配合，便可以实现挡块销钉旋转，实现伸长或者缩短的需求。

（三）轴线与机身挡块的轴线偏差

因为制造的过程中潜在误差，所以在进行挡块设计的过程中，无法保障舱门挡块和机身挡块轴线完全对齐，所以往往存在一定角度偏差。角度偏差会随着挡块结构形式变化而变化，一般情况下是因为与挡块相关联零件造成的公差，并且与装配公差存在关联。因为舱门的重力影响，会促使挡块结构在一定程度上出现形变，那么很难明确偏差值。在进行挡块设计的过程中，舱门挡块销头自带调整功能，可以在固定的圆弧范围内进行调整，当挡块销头轴线和机身挡块不重合时，销头可以旋转一定程度，促使销头与机身挡块端面接触，如图6 所示。

图6 （舱门挡块销头结构）

四、结束语

总而言之，民用飞机舱门挡块设计的意义重大，直接影响着飞机运行安全和使用性能。在进行挡块设计的过程中，应该结合飞机自身实际情况，科学合理的选择挡块类型，做好各个层次的设计。注重挡块公差，通过舱门挡块在接触平面上的公差、垂直于挡块接触平面上的公差、轴线与机身挡块的轴线偏差，为挡块以及组件零件尺寸调整提供数据基础，确保挡块与其组件设计的精准度，切实满足民用飞机舱门挡块设计需求，促进我国民用飞机装备制造领域的精密发展。