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        基于鑄造成型的民用客機(jī)登機(jī)門鉸鏈臂拓?fù)鋬?yōu)化研究

        2017-10-09 07:23:35楊小軍
        科學(xué)家 2017年17期
        關(guān)鍵詞:鑄造拓?fù)鋬?yōu)化民機(jī)

        楊小軍

        摘 要 大型民用客機(jī)登機(jī)門普遍采用平移外開的運(yùn)動(dòng)形式,是艙門相關(guān)適航條款要求下的設(shè)計(jì)迭代和航空公司選擇的結(jié)果。作為將艙門懸掛在機(jī)身結(jié)構(gòu)上的鉸鏈臂,也隨著艙門設(shè)計(jì)的演進(jìn)而定型。國外運(yùn)用鑄造的盒式結(jié)構(gòu)來制造登機(jī)門鉸鏈臂,國內(nèi)由于鑄造工藝限制,采用機(jī)加的桁架式結(jié)構(gòu)。本文基于某型商用客機(jī)研制平臺(tái),利用計(jì)算分析確定了登機(jī)門鉸鏈臂的載荷工況,基于鑄造成型對鉸鏈臂進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),根據(jù)優(yōu)化結(jié)果針對鑄造工藝進(jìn)行數(shù)模完善和進(jìn)一步優(yōu)化,得到可用于鑄造的零件數(shù)模。

        關(guān)鍵詞 民機(jī);側(cè)掛;鉸鏈臂;拓?fù)鋬?yōu)化;鑄造

        中圖分類號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363(2017)17-0237-02

        民用客機(jī)登機(jī)門鉸鏈臂并不承受機(jī)身增壓載荷,僅在艙門開啟關(guān)閉過程中承受門自身重力。鉸鏈臂的功能需求決定了剛度是其主要的設(shè)計(jì)指標(biāo),垂向及扭轉(zhuǎn)剛度直接影響艙門在運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性。本文所述的工作是在鉸鏈臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將拓?fù)鋬?yōu)化和鑄造的先進(jìn)工藝有效結(jié)合,在提高垂向和扭轉(zhuǎn)剛度的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)件的有效減重。

        1 鉸鏈臂受載分析

        鉸鏈臂的受載形式與艙門的運(yùn)動(dòng)方式密切相關(guān),世界著名的飛機(jī)制造商空客公司是平移外開式登機(jī)門的忠實(shí)擁護(hù)者。其運(yùn)動(dòng)如下圖1,鉸鏈臂一側(cè)連接在艙門結(jié)構(gòu)上,一側(cè)連接在門框結(jié)構(gòu)上,艙門向(客艙)外向(航向)前平移打開,最大打開狀態(tài)時(shí),艙門與機(jī)身外形平行。

        2 鉸鏈臂拓?fù)鋬?yōu)化

        剔除非優(yōu)化區(qū)域后的鉸鏈臂模型如下圖4所示。

        選取國外某型成熟單通道干線飛機(jī)的登機(jī)門鉸鏈臂進(jìn)行了研究,該鉸鏈臂采用鑄鋁成型,重量約為8.41kg。因此拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)為:應(yīng)用相同的材料,相同的載荷工況,優(yōu)化后的鉸鏈臂與參考鑄件鉸鏈臂的剛度相當(dāng)或更好,重量不超過參考鉸

        鏈臂。

        以既定的載荷荷優(yōu)化目標(biāo),對圖4所示剔除非優(yōu)化區(qū)域之后的鉸鏈臂進(jìn)行優(yōu)化,共進(jìn)行了四輪優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果如下圖5

        所示。

        上述工況下,拓?fù)鋬?yōu)化的鉸鏈臂達(dá)到了與參考機(jī)型相當(dāng)?shù)膭偠人?,由鑄造成型,第四輪優(yōu)化方案的重量為7.6kg,比參考機(jī)型鉸鏈臂的8.6kg重量減輕12%;比機(jī)加成型的桁架式結(jié)構(gòu)鉸鏈臂結(jié)構(gòu),重量更減輕約50%。

        3 結(jié)論

        本文針對平移外開式艙門普遍采用的側(cè)掛式鉸鏈臂,給出了鉸鏈臂載荷的計(jì)算方法,并基于鑄造成型對鉸鏈臂進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。側(cè)掛式鉸鏈臂的受載形式?jīng)Q定了封閉盒式結(jié)構(gòu)是最有效的設(shè)計(jì),因此鑄造成型是側(cè)掛式鉸鏈臂的最佳成型

        方式。

        本文所述的計(jì)算分析方法可方便應(yīng)用于側(cè)掛式鉸鏈臂的載荷分析過程,并為鉸鏈臂的拓?fù)鋬?yōu)化提供

        指導(dǎo)。endprint

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