盧燚鈞上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上?！?01210

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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。

1　材料選用

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。

2　有限元模型

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。

3　計(jì)算及分析結(jié)果

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。

4　結(jié)論

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。