武戎戎

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 上海 201210）

民用飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)研究

武戎戎

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 上海 201210）

隨著航空事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)性能也提出更高的要求。而在這些結(jié)構(gòu)中，艙門密封結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)中需考慮的重要問題之一，結(jié)構(gòu)密封性是否較高，將直接影響飛機(jī)安全運(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，尤其在較多影響因素存在下，如密封件、結(jié)構(gòu)剛度以及其他因素等，都會(huì)成為決定結(jié)構(gòu)密封性的關(guān)鍵所在，要求實(shí)際設(shè)計(jì)中做好影響因素分析，并采取相應(yīng)的完善策略。本文主要對(duì)飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)影響因素、提升飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)綜合性能的相關(guān)建議進(jìn)行探析。

飛機(jī)艙門結(jié)構(gòu)；密封性；影響因素；完善

前言

密封艙設(shè)計(jì)作為當(dāng)前飛機(jī)選用的主要方式，其質(zhì)量高低將決定飛機(jī)的綜合性能。特別現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中不斷將先進(jìn)的技術(shù)與構(gòu)件引入其中，要求氣密艙在密封性上不斷強(qiáng)化。然而如何使密封結(jié)構(gòu)質(zhì)量得以保障，又成為現(xiàn)行理論與實(shí)踐研究中的重點(diǎn)內(nèi)容，盡可能對(duì)其中存在的影響因素進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上提出密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)方法，以此達(dá)到密封結(jié)構(gòu)性能提升的目標(biāo)。因此，本文對(duì)飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)研究，具有十分重要的意義。

1 飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)影響因素分析

1.1 密封結(jié)構(gòu)受結(jié)構(gòu)剛度的影響

對(duì)于密封結(jié)構(gòu)的性能，其存在的影響因素集中表現(xiàn)在密封形式、鉸鏈布置、結(jié)構(gòu)剛度以及制造裝備精度。以其中的結(jié)構(gòu)剛度為例，其是造成密封結(jié)構(gòu)變形問題的主要原因，密封性能由此受到影響。從機(jī)身整體結(jié)構(gòu)看，一般門區(qū)是主要應(yīng)力部分，較多壓力荷載對(duì)會(huì)作用其中，如對(duì)機(jī)身扭矩、機(jī)身彎矩以及軸向力等，當(dāng)艙內(nèi)處于增壓狀態(tài)時(shí)，門框會(huì)對(duì)其中產(chǎn)生的壓力荷載起到承受作用。假若艙門在承重性能上不足，便會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形問題出現(xiàn)。因此，在結(jié)構(gòu)剛度問題控制中，要求對(duì)門區(qū)、艙門結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)時(shí)做好剛度分析，判斷出現(xiàn)承載結(jié)構(gòu)的變形問題，以及變形量大小等，這樣才可保證結(jié)構(gòu)的密封性得以提高[1]。

1.2 密封件對(duì)艙門密封性的影響

密封件應(yīng)用是否合理也是影響艙門密封性的主要因素。一般密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需充分考慮到結(jié)構(gòu)變形匹配、密封件截面形狀等，假若未對(duì)這些因素控制，將會(huì)帶來較多弊端。如其中應(yīng)用的密封帶不具備較強(qiáng)的剛性，其會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)間隙較小，這樣關(guān)閉艙門過程中很容易有夾帶、堆積等問題產(chǎn)生，且因密封帶不會(huì)出現(xiàn)較大變形量，這樣對(duì)于門區(qū)結(jié)構(gòu)、艙門等變形的補(bǔ)償很難發(fā)揮作用。實(shí)際上，有較多不同類型密封件種類都會(huì)影響密封結(jié)構(gòu)，如以截面形狀為依據(jù)，可細(xì)化為墊條密封帶、氣胎式密封帶、隔膜密封件等為主。本文在研究中，主要選取三種不同類型密封結(jié)構(gòu)，對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)與弊病進(jìn)行分析。①隔膜密封結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中要求對(duì)密封件前后壓差進(jìn)行利用，通過該密封形式達(dá)到提升密封性的目標(biāo)。需注意的是盡管這種方式應(yīng)用下所引入的隔膜密封帶不具備較強(qiáng)的承載力，且安裝過程較為復(fù)雜，加上飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，空氣會(huì)對(duì)密封帶產(chǎn)生一定的破壞作用。②爪型密封結(jié)構(gòu)。該類型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中，要求在密封表面上裝設(shè)密封帶爪形部分，以此完成密封過程。其存在的弊病主要表現(xiàn)在密封帶受損情況較為嚴(yán)重，尤其在邊緣處表現(xiàn)極為明顯，容易產(chǎn)生泄漏問題。③管狀密封件。這種類型結(jié)構(gòu)要求借助座艙壓力，使門框、密封帶二者能夠達(dá)到擠壓密封的要求。一般這種方式又可細(xì)化為壓密封與擠密封兩種形式，前者強(qiáng)調(diào)控制壓縮量，而后者需保證門框、密封帶有摩擦作用。

1.3 其他影響因素

對(duì)于結(jié)構(gòu)密封性影響較為明顯的也包含其他較多因素，如艙門鉸鏈、鎖閂數(shù)量等。以鉸鏈為例，其在形式與安裝位置上是否合理將對(duì)密封形式產(chǎn)生極為明顯的影響。對(duì)于這些影響問題，實(shí)際分析中通常要求引入相關(guān)的參數(shù)指標(biāo)，如轉(zhuǎn)軸半徑、轉(zhuǎn)軸中心與鉸鏈中心距離、艙門閉合中位移情況等，保證對(duì)這些參數(shù)合理分析，并結(jié)合艙門運(yùn)動(dòng)軌跡，在此基礎(chǔ)上對(duì)鉸鏈布置形式、安裝形式等進(jìn)行選擇，可使密封性得以保障。若這些參數(shù)未得到有效分析，便會(huì)對(duì)密封結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重影響。此外，對(duì)于飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)，制造裝配過程對(duì)其影響也極為明顯，如其中涉及的裝配應(yīng)力、艙門周圈間隙以及鉸鏈配合精度等，任一裝配工序不合理，都可能帶來結(jié)構(gòu)變形問題。因此，實(shí)際裝配過程中，應(yīng)注意以相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)較多零件如觸塊、觸點(diǎn)、鉸鏈等做好定位工作，且注意裝配結(jié)束后嚴(yán)格檢查其中的間隙，以此使裝配質(zhì)量得到保障[2]。

2 飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議

2.1 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算分析

艙門密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要需考慮到結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形問題，判斷艙門在不同氣動(dòng)荷載作用中表現(xiàn)出的位移變化。具體分析過程中，一般可考慮進(jìn)行有限元模型的構(gòu)建，這樣可直接通過對(duì)結(jié)構(gòu)在虛擬載荷中承重力表現(xiàn)，對(duì)相關(guān)零件如觸塊、觸點(diǎn)位置進(jìn)行確定，協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的變形問題。具體實(shí)現(xiàn)中可細(xì)化為三個(gè)步驟：①對(duì)艙門結(jié)構(gòu)參數(shù)、布置形式進(jìn)行確定，并判斷結(jié)構(gòu)變形指標(biāo)；②引入相應(yīng)的軟件如Nastran，完成有限元模型的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上對(duì)艙門縱向位移、艙門結(jié)構(gòu)變形、門區(qū)結(jié)構(gòu)變形等在極限載荷情況的表現(xiàn)判斷，這樣可得到變形部位實(shí)際情況，使變形量得到有效控制；③對(duì)艙門結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行驗(yàn)證，分析其中密封帶是否可發(fā)揮其補(bǔ)償能力等[3]。

2.2 三維模型的構(gòu)建與驗(yàn)證方法

做好三維模型構(gòu)建，其實(shí)質(zhì)是對(duì)工藝可達(dá)性、結(jié)構(gòu)裝配協(xié)調(diào)等做好判斷工作，使艙門運(yùn)動(dòng)在模型中進(jìn)行仿真模擬，完成容差性能確定過程，且注意在模型中對(duì)裝配制造中的相關(guān)精度問題進(jìn)行分析。完成所有模擬仿真后，需引入相應(yīng)的驗(yàn)證方式，包括功能測(cè)試、疲勞測(cè)試、氣密測(cè)試等，保證所有如結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性能以及密封性能較高，這樣才可將方案具體運(yùn)用到設(shè)計(jì)中[4]。

3 結(jié)論

艙門密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理是影響飛機(jī)綜合性能的關(guān)鍵性因素。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)到其中存在的影響因素，如結(jié)構(gòu)剛度、密封帶以及其他鉸鏈等，在此基礎(chǔ)上采取針對(duì)性的控制措施，通過相應(yīng)的計(jì)算與驗(yàn)證，使艙門結(jié)構(gòu)密封性、協(xié)調(diào)性等都得到提高。

[1]劉偉，劉志群，趙曉博，席寶安，岳珠峰.飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)的氣密可靠性研究[J].材料工程，2012，04：47～51.

[2]陳付奎，張惠兵.淺談飛機(jī)艙門的密封[J].山東工業(yè)技術(shù)，2013，12：31.

[3]馬 瑩.飛機(jī)艙門密封設(shè)計(jì)研究[J].價(jià)值工程，2011，28：29～30.

[4]黃楓，劉若斯，柯玉超，李成祥，竇寶峰，羅歡，姚學(xué)鋒.艙門橡膠密封件壓縮行為的有限元模擬[J].航空制造技術(shù)，2013，06：83～88.

V223.9

A

1004-7344（2016）14-0317-01

2016-4-25