盧燚鈞上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,上?!?01210
?
民用飛機(jī)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈選材分析
盧燚鈞
上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,上海201210
摘要本文通過(guò)對(duì)某型民用飛機(jī)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈在采用三種不同材料時(shí),受到載荷工況作用下的情況進(jìn)行比較,得出一種既滿足強(qiáng)度要求又盡可能滿足飛機(jī)減重需要的材料選用方案,用于民用飛機(jī)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈的設(shè)計(jì)工作。
關(guān)鍵詞民用飛機(jī);琴鍵鉸鏈;材料
民用飛機(jī)貨艙門(mén)是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)貨物、旅客行李裝載的重要部件。貨艙門(mén)不僅提供進(jìn)入貨艙的通道,而且參與全機(jī)受力,在飛機(jī)飛行時(shí)承受增壓載荷。所以必須保證貨艙門(mén)有足夠的強(qiáng)度。某型飛機(jī)貨艙門(mén)在艙門(mén)關(guān)閉時(shí),主要通過(guò)琴鍵鉸鏈以及閂和機(jī)身連接,艙門(mén)打開(kāi)時(shí),艙門(mén)主要通過(guò)琴鍵鉸鏈以及提升機(jī)構(gòu)和艙門(mén)連接。
琴鍵鉸鏈主要實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能,飛機(jī)飛行時(shí)艙門(mén)關(guān)閉處于增壓狀態(tài),鉸鏈主要傳遞機(jī)身剪力、艙壓載荷,當(dāng)飛機(jī)泊位艙門(mén)打開(kāi)時(shí),琴鍵鉸鏈又將懸掛艙門(mén)承受艙門(mén)的重力和動(dòng)力裝置載荷。
本文對(duì)某型飛機(jī)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈進(jìn)行分析,通過(guò)比較采用不同材料下的琴鍵鉸鏈?zhǔn)茌d情況,最終確定琴鍵鉸鏈的材料。
目前,民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)主要采用鋁合金、鈦合金、鋼材等幾種材料。7050鋁合金具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性等特點(diǎn);鈦合金具有高強(qiáng)度、耐磨性好、耐蝕性好、耐熱性高、塑性韌性高等特點(diǎn);不銹鋼具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕性好等特點(diǎn)[1]。本文通過(guò)對(duì)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈在采用7050鋁合金、Ti-6Al-4V鈦合金、15-5PH不銹鋼等幾種不同材料下的受載情況分別進(jìn)行分析比較,以確認(rèn)一種合適的琴鍵鉸鏈材料方案。
琴鍵鉸鏈由5段鉸鏈構(gòu)成,中間段為412.4mm,兩端長(zhǎng)度為286.6mm,其余2段為264.4mm,鉸鏈間的間隙為2mm。這樣的設(shè)計(jì)可以限制鉸鏈的裂紋擴(kuò)展,保證疲勞壽命,同時(shí)提高鉸鏈的生產(chǎn)工藝性以及裝配工藝性。琴鍵鉸鏈基本形式如圖1所示。
本文對(duì)琴鍵鉸鏈采用實(shí)體單元建模,采用Hyperwork有限元分析軟件對(duì)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈進(jìn)行分析。有限元模型如圖2所示。
圖1 琴鍵鉸鏈基本形式
圖2 琴鍵鉸鏈有限元模型
琴鍵鉸鏈主要受增壓艙氣密工況以及飛行載荷工況,由于增壓艙氣密工況載荷較大,故僅取增壓艙氣密工況載荷進(jìn)行分析。根據(jù)極限載荷工況計(jì)算,琴鍵鉸鏈單個(gè)耳片最大載荷為11 606N。
根據(jù)極限載荷工況結(jié)果,對(duì)分別采用3種材料的琴鍵鉸鏈進(jìn)行計(jì)算分析,所得結(jié)果如表1所示。由于琴鍵鉸鏈由5段鉸鏈構(gòu)成,分別列出每段的分析結(jié)果,1、5分別對(duì)應(yīng)兩端,3對(duì)應(yīng)中間段,2、4對(duì)應(yīng)其他兩段。
通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)琴鍵鉸鏈兩端受力較大,中間幾段受力較小;位移變形也是兩端較大,中間較小。
通過(guò)表1材料性能的比較,在采用7075-T7451的算例中,琴鍵鉸鏈兩端的應(yīng)力接近7075-T7451的最大
表1 琴鍵鉸鏈分析結(jié)果
許用應(yīng)力,比較危險(xiǎn);采用Ti-6Al-4V、15-5PH的算例中,琴鍵鉸鏈所受應(yīng)力均在材料的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。
通過(guò)分析比較,可以知道琴鍵鉸鏈在兩端的受力較大,接近7075-T7451鋁合金材料的最大許用應(yīng)力,采用7075-T7451鋁合金材料比較危險(xiǎn),應(yīng)盡量采用Ti-6Al-4V鈦合金和15-5PH不銹鋼材料;琴鍵鉸鏈其他部分受力較小,本文分析的3種材料均可滿足需要。
考慮到盡可能減輕飛機(jī)重量以及加工工藝性要求,琴鍵鉸鏈兩端應(yīng)采用Ti-6Al-4V鈦合金材料,其他部分采用7075-T7451鋁合金材料。這樣既滿足了極限載荷工況下的強(qiáng)度要求,又盡可能的減輕飛機(jī)重量,是一種滿足綜合性能要求的材料選用方案。
本文通過(guò)對(duì)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈在采用3種不同材料時(shí),受到極限載荷工況作用下的情況,使用有限元軟件進(jìn)行分析,得出一種既滿足強(qiáng)度要求又盡可能滿足飛機(jī)減重需要的材料選用方案,用于民用飛機(jī)貨艙門(mén)琴鍵鉸鏈的設(shè)計(jì)工作。
參考文獻(xiàn)
[1]飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)總編委會(huì)編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].航空工業(yè)出版社,2000.
中圖分類號(hào)V25
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A
文章編號(hào)1674-6708(2016)165-0227-01
作者簡(jiǎn)介:盧燚鈞,上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院。