楊五一 / YANG Wuyi(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

淺談民用飛機(jī)客艙頂部行李箱的設(shè)計(jì)

楊五一 / YANG Wuyi
(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)
(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

首先從飛機(jī)總體設(shè)計(jì)要求出發(fā)，介紹了民用飛機(jī)客艙頂部行李箱的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)內(nèi)容，并結(jié)合成熟機(jī)型的典型設(shè)計(jì)和筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)討論了在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題和解決方法。最后，通過(guò)梳理頂部行李箱適用的適航條款要求，有針對(duì)性地提出適航驗(yàn)證依據(jù)和方法。為民用飛機(jī)客艙頂部行李箱的設(shè)計(jì)提供了重要思路和參考價(jià)值。

民用飛機(jī)；客艙；頂部行李箱

0 引言

雖然我國(guó)在民用飛機(jī)領(lǐng)域起步較早，從早期的運(yùn)7飛機(jī)到現(xiàn)在已交付運(yùn)營(yíng)的ARJ21支線飛機(jī)，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但主要體現(xiàn)在飛機(jī)的總體集成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。在客艙設(shè)備和裝飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是行李箱設(shè)計(jì)方面，仍存在知識(shí)結(jié)構(gòu)分散、經(jīng)驗(yàn)匱乏的現(xiàn)實(shí)情況。因此，梳理和總結(jié)現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)，借鑒市場(chǎng)成熟機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)，探討在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方法，并結(jié)合適航條款歸納行李箱的適航要求和驗(yàn)證方法，成為民用飛機(jī)客艙設(shè)計(jì)領(lǐng)域很有意義的工作。

1 行李箱概述

行李箱的主要功能是用于存放旅客隨身攜帶的物品。此外，根據(jù)客艙總體布置的需要，為部分應(yīng)急設(shè)備提供放置空間。行李箱位于飛機(jī)的主客艙，布置在旅客座椅上部、客艙過(guò)道兩側(cè)。對(duì)于雙通道飛機(jī)來(lái)說(shuō)，還布置有有中間行李箱。

2 飛機(jī)總體設(shè)計(jì)要求

一般來(lái)說(shuō)，飛機(jī)頂層總體技術(shù)類文件如總體設(shè)計(jì)要求、客艙剖面圖、客艙布置圖等往往會(huì)對(duì)客艙提出一些諸如客艙內(nèi)形線、行李箱容積和重量分配等指標(biāo)要求。

行李箱在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下總體設(shè)計(jì)要求：

1)行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足客艙剖面圖中定義的客艙入座高度、過(guò)道上部左右側(cè)的行李箱門門間距(箱門關(guān)閉狀態(tài))等要求；

2)行李箱的設(shè)計(jì)必須將重量嚴(yán)格控制在飛機(jī)總體分配指標(biāo)內(nèi)；

3)行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足飛機(jī)總體技術(shù)文件中關(guān)于每客容積的要求。

3 行李箱的設(shè)計(jì)原則

行李箱的設(shè)計(jì)在滿足適航要求和飛機(jī)總體設(shè)計(jì)要求前提下，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

3.1 安全性

1)行李箱門打開(kāi)后不能影響客艙應(yīng)急撤離通道；

2)根據(jù)CCAR25.1561的要求，應(yīng)在行李箱上設(shè)置提示標(biāo)記以確保飛機(jī)在起飛、滑行和著陸時(shí)行李箱門處于關(guān)閉和鎖好狀態(tài)。

3.2 舒適性

1)行李箱應(yīng)確保箱門使用時(shí)方便開(kāi)啟和關(guān)閉，并且門在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中能夠保持平緩和順暢，以免對(duì)乘客造成傷害；

2)行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足客艙整體工業(yè)設(shè)計(jì)風(fēng)格。無(wú)論是外觀造型上，還是材質(zhì)、紋理和色彩的選用(表面貼膜或噴漆)上，應(yīng)與客艙內(nèi)其它設(shè)備和裝飾協(xié)調(diào)一致；

3)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮人機(jī)功效的要求，行李箱門的開(kāi)啟方式和開(kāi)啟力度、門把手的高度等都會(huì)影響乘客使用的舒適性。

3.3 維護(hù)性

1)行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)使其在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上便于安裝和拆卸，并盡量減少或避免對(duì)周邊設(shè)備的影響；

2)如果行李箱不可避免地對(duì)安裝在其后不可見(jiàn)的其他機(jī)載設(shè)備(電源盒、環(huán)控管路搭接處、客艙線纜等)造成安裝和維護(hù)影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在行李箱合適的位置上設(shè)置拆裝和維護(hù)口蓋；

3)行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)化、互換性的要求。

4 行李箱的設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

行李箱的結(jié)構(gòu)形式一般為封閉的箱體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由箱體和箱門組成，箱體和箱門之間通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)連接。圖1為行李箱的典型結(jié)構(gòu)形式。

行李箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意以下幾個(gè)方面：

1)行李箱的長(zhǎng)度可根據(jù)客艙布置的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到維護(hù)性因素，并且為了滿足客艙布置快速更改的需要，行李箱長(zhǎng)度一般為飛機(jī)框距的整數(shù)倍。

2)為了減少安裝構(gòu)型和節(jié)約研制成本，每個(gè)行李箱的長(zhǎng)度應(yīng)盡量保持一致。

3)當(dāng)單個(gè)行李箱較長(zhǎng)時(shí)，可設(shè)置兩個(gè)箱門，并且根據(jù)需要在箱體內(nèi)設(shè)置隔板，以免過(guò)多行李之間互相碰撞。

4)在裝有應(yīng)急設(shè)備的行李箱內(nèi)，應(yīng)按需根據(jù)要求增加隔板，以免其它行李和物品在碰撞中損壞應(yīng)急設(shè)備。

4.2 連接設(shè)計(jì)

考慮到行李箱的受載情況，一般應(yīng)至少通過(guò)飛機(jī)航向、側(cè)向和垂向三個(gè)方向?qū)⑿欣钕渑c飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接，分別承受航向、側(cè)向和垂向的載荷。圖2所示為行李箱的典型連接設(shè)計(jì)。

行李箱連接設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1)應(yīng)能確保行李箱載荷能夠合理、有效地傳遞到飛機(jī)結(jié)構(gòu)上；

2)應(yīng)考慮維護(hù)性要求，連接形式簡(jiǎn)單可靠，便于拆裝；

3)考慮減震降噪需求，比如可以在接頭與接頭之間、接頭與行李箱箱體之間設(shè)置具有減震功能的襯套；

4)連接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮安裝設(shè)計(jì)補(bǔ)償，此種補(bǔ)償措施能使行李箱在安裝后可以微調(diào)以消除在安裝過(guò)程中的偏差，接頭連接孔通常設(shè)計(jì)成一字孔；

4.3 附件設(shè)計(jì)

行李箱的附件主要有門鎖、箱門開(kāi)啟裝置、扶手和裝飾條等。扶手和裝飾條較為簡(jiǎn)單，這里主要介紹一下門鎖和箱門開(kāi)啟裝置的設(shè)計(jì)。

門鎖：門鎖安裝在行李箱門上，一般由門把手、扭簧和鎖勾組成，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)門把手將鎖舌從鎖閂(安裝在行李箱箱體上)中脫離以打開(kāi)行李箱門。門鎖設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題：

1)門把手的設(shè)計(jì)應(yīng)能保證機(jī)組和乘客無(wú)需較大力氣便可打開(kāi)；

2)應(yīng)在可見(jiàn)范圍內(nèi)提供警示標(biāo)示，以使機(jī)組和乘客能方便地確認(rèn)箱門的鎖緊狀態(tài)。

箱門開(kāi)啟裝置：該裝置主要為一個(gè)鉸鏈形式，主要用于箱門在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)和開(kāi)啟狀態(tài)的保持，同時(shí)起到連接箱體主結(jié)構(gòu)和箱門的作用。圖3為常見(jiàn)的箱門開(kāi)啟裝置。

行李箱附件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)：

1)為了提高安全性和可靠性，門鎖一般應(yīng)設(shè)計(jì)為雙鎖的形式。

2)門鎖盡可能進(jìn)行防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，以便機(jī)組或乘客能了解到門鎖的鎖緊狀態(tài)。

3)根據(jù)25.785(j)的要求，可按需在行李箱上靠近過(guò)道一側(cè)設(shè)置扶手以保證飛機(jī)在顛簸時(shí)過(guò)道上機(jī)組人員和乘客能夠穩(wěn)住身體。扶手的高度應(yīng)合適，安裝牢靠，且易于抓握。

4)前后兩個(gè)行李箱之間、行李箱與前后其它設(shè)備之間的縫隙應(yīng)設(shè)計(jì)裝飾條以遮住縫隙。裝飾條的安裝應(yīng)該簡(jiǎn)單可靠，色彩和外觀應(yīng)與行李箱和客艙環(huán)境相協(xié)調(diào)。

5)除行李箱門外，對(duì)于暴露在客艙中、且易對(duì)機(jī)組和乘客產(chǎn)生造成潛在傷害的箱體表面，應(yīng)進(jìn)行軟包覆。

4.4 接口設(shè)計(jì)

根據(jù)客艙布置的實(shí)際情況，如果行李箱與客艙內(nèi)其它系統(tǒng)有安裝關(guān)系，則需要在行李箱上為這些系統(tǒng)提供安裝接口，這些系統(tǒng)通常包括旅客服務(wù)裝置、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、分艙板和分艙門簾、娛樂(lè)系統(tǒng)、應(yīng)急設(shè)備和座椅標(biāo)牌等。

接口形式通常包括系統(tǒng)安裝導(dǎo)軌、安裝支架和操作空間等。接口的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮其它系統(tǒng)的安裝要求，比如旅客服務(wù)裝置、分艙板的航向位置調(diào)整需求。

4.5 材料選用

和客艙內(nèi)飾其它設(shè)備和裝飾基本相同，行李箱的設(shè)計(jì)在選材上主要考慮到以下兩條原則：

1)應(yīng)滿足CCAR 25.853及附錄F有關(guān)阻燃、熱釋放和煙密度要求；

2)應(yīng)滿足HB5470-2014所規(guī)定的毒性要求；

此外，材料選用時(shí)還應(yīng)考慮易清潔、耐磨和加工工藝燈因素。

目前，市場(chǎng)主流飛機(jī)客艙行李箱的主結(jié)構(gòu)一般使用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，典型的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主要由蜂窩芯層(鋁蜂窩、芳綸布蜂窩等)和兩側(cè)的預(yù)浸料(玻璃纖維、碳纖維等)組成，其中受力層可根據(jù)需要鋪設(shè)2層或多層。作為客艙裝飾的一部分，通常需要在表面覆貼裝飾膜或噴涂裝飾漆層以滿足客艙外觀效果的需要。

門鎖和箱門開(kāi)啟機(jī)構(gòu)一般可可選用金屬材料。

5 適航要求和驗(yàn)證方法

5.1 適航要求

行李箱涉及的適航要求主要包括兩個(gè)方面，即材料阻燃和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，具體條款和主要內(nèi)容如下：

1)CCAR25.853條款及附錄F中規(guī)定的阻燃、熱釋放和煙密度要求及試驗(yàn)方法和程序；

2)HB5470-2014中規(guī)定的毒性要求及試驗(yàn)程序；

3)CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等條款中規(guī)定的載荷和固定要求。

5.2 驗(yàn)證方法

針對(duì)以上的適航要求，行李箱應(yīng)主要通過(guò)以下三種方法進(jìn)行驗(yàn)證以表明對(duì)條款的符合性。

5.2.1 阻燃、熱釋放、煙密度和毒性試驗(yàn)

1)根據(jù)CCAR25.853(a)規(guī)定的阻燃要求及附錄F第I部分規(guī)定的試驗(yàn)件、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)程序進(jìn)行阻燃試驗(yàn)以表明行李箱所使用的材料滿足阻燃要求，試驗(yàn)準(zhǔn)則見(jiàn)表1。

表1 阻燃試驗(yàn)準(zhǔn)則

2)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的熱釋放要求及附錄F第IV部分規(guī)定的試驗(yàn)件、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)程序進(jìn)行熱釋放試驗(yàn)以表明行李箱所使用的材料滿足熱釋放要求，試驗(yàn)準(zhǔn)則見(jiàn)表2。

3)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的煙密度要求及附錄F第V部分規(guī)定試驗(yàn)方法進(jìn)行煙密度試驗(yàn)以表明行李箱所使用的材料滿足煙密度要求，見(jiàn)表2。

表2 熱釋放和煙密度試驗(yàn)準(zhǔn)則

4)根據(jù)HB5470-2014中規(guī)定的毒性要求及試驗(yàn)程序進(jìn)行毒性試驗(yàn)以表明材料滿足毒性要求。毒性試驗(yàn)準(zhǔn)則見(jiàn)表3。

表3 材料燃燒產(chǎn)生毒性氣體含量平均值參考指標(biāo)

5.2.2 強(qiáng)度校核及靜力試驗(yàn)

對(duì)于涉及CCAR25中強(qiáng)度方面的條款，如CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等，應(yīng)采用強(qiáng)度校核、靜力試驗(yàn)或兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行驗(yàn)證。強(qiáng)度校核和靜力試驗(yàn)的主要對(duì)象有：

1)行李箱本體結(jié)構(gòu)；

2)行李箱與飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接的接頭；

3)接頭與飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接所使用的緊固件；

此外，與行李箱連接的飛機(jī)局部結(jié)構(gòu)也應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核和機(jī)上靜力試驗(yàn)以確保行李箱的設(shè)計(jì)不會(huì)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)。強(qiáng)度校核和靜力試驗(yàn)的輸入主要包括材料和緊固件的力學(xué)性能、行李箱空載和滿載時(shí)的質(zhì)量、濫用載荷情況、飛機(jī)載荷包線和CCAR25.561規(guī)定的應(yīng)急著陸載荷等。在進(jìn)行強(qiáng)度校核和靜力試驗(yàn)時(shí)，可取其在客艙中最嚴(yán)酷的工況進(jìn)行驗(yàn)證，無(wú)需對(duì)每一個(gè)行李箱單獨(dú)進(jìn)行校核和試驗(yàn)。

5.2.3 壽命試驗(yàn)

為了驗(yàn)證行李箱的運(yùn)動(dòng)件(比如門鎖、箱門開(kāi)啟裝置等)在飛機(jī)壽命周期內(nèi)的磨損和性能下降情況，需對(duì)這些運(yùn)動(dòng)件進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

壽命試驗(yàn)主要通過(guò)對(duì)行李箱的箱門開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)行一定的循環(huán)次數(shù)并記錄門鎖、箱門開(kāi)啟裝置的磨損、變形情況以判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)件通常安裝在夾具上進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備一般包括門鎖開(kāi)啟和關(guān)閉裝置、計(jì)時(shí)器、測(cè)力器等。壽命試驗(yàn)的總循環(huán)次數(shù)通常根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)壽命和行李箱的使用頻率確定。此外，試驗(yàn)應(yīng)分別對(duì)行李箱空載、半載和滿載的情況進(jìn)行，總循環(huán)次數(shù)為三種情況的總和。

6 結(jié)論

本文首先從飛機(jī)總體設(shè)計(jì)要求出發(fā)，介紹了民用飛機(jī)客艙頂部行李箱的設(shè)計(jì)輸入。其次，分別從行李箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)、附件設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和材料選用等方面介紹了行李箱的設(shè)計(jì)原則和應(yīng)該注意的問(wèn)題。最后，結(jié)合適航要求，介紹了行李箱在適航取證方面需要進(jìn)行的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是一項(xiàng)復(fù)雜和長(zhǎng)周期的工作，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)和市場(chǎng)成熟機(jī)型的設(shè)計(jì)，通過(guò)本文拋磚引玉，以期為民用飛機(jī)客艙頂部行李箱的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供重要思路和參考。

[1] 中國(guó)民用航空總局.中國(guó)民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國(guó)：中國(guó)民用航空總局，2011.

[2] 中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所. HB5470-2014，民用飛機(jī)艙內(nèi)非金屬材料燃燒性能要求[S]. 2014.

[3] 馬緒章，等.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第12冊(cè)：民用飛機(jī)內(nèi)部設(shè)施[M]. 北京:航空工業(yè)出版社,1998：211-240.

[4] 李楓. 淺談民用飛機(jī)客艙內(nèi)飾的工程設(shè)計(jì)[J]. 裝備制造技術(shù)，2014，8：96-99.

[5] 張維方. 民用飛機(jī)艙內(nèi)裝飾與設(shè)備的適墜性研究[J]. 民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2009，1：5-9.

Design of Overhead Stowage Bin for Civil Aircraft

This article presents the requirements, principles and contents of overhead stowage bin for civil aircraft. With the designs of special aircraft in market and author’s experience, the design problems and solutions were discussed. Based on the CAAR’s requirements, the contents and ways of validation are presented. The article has main reference value to the design and validation of overhead stowage bin for civil aircraft.

civil aircraft; cabin; overhead stowage bin

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.02.024

V223+.2

A

楊五一 男,本科,工程師,主要研究方向：民用飛機(jī)內(nèi)飾設(shè)計(jì)和研究；E-mail: yangwuyi@comac.cc