飛機(jī)口蓋設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)研究

王 哲 賈 曉 李 博

（1.中航工業(yè)一飛院，陜西 西安710089；2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

一架飛機(jī)上各種形狀的大小口蓋有百余個，軍用飛機(jī)開口面積占全機(jī)表面積20%左右，民用機(jī)15%左右。這些口蓋主要用來安裝設(shè)備或檢查機(jī)內(nèi)系統(tǒng)工作情況?？谏w設(shè)計合理，可節(jié)省維修時間，提高飛機(jī)出勤率。口蓋可按受力形式、開啟方式、形狀情況等劃分，口蓋設(shè)計包括開口、口蓋、連接鎖、合頁、鉸鏈等，重要的有互換性要求。評價一架飛機(jī)先進(jìn)性，維修性是重要的一環(huán)，口蓋好壞直接影響到飛機(jī)維修性、可達(dá)性、安全性。飛機(jī)設(shè)計一開始，總體、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、系統(tǒng)等專業(yè)協(xié)調(diào)口蓋位置、大小、開啟方式、頻度等，總體專業(yè)首先發(fā)出飛機(jī)口蓋分布圖，結(jié)構(gòu)設(shè)計員也將口蓋設(shè)計當(dāng)作重要部件精心設(shè)計，維護(hù)手冊、維修大綱、修理手冊中口蓋是重要的檢查通道。隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)上成品、設(shè)備、附件等愈來愈多，對機(jī)體的使用壽命要求愈來愈高，對維修也提出了更高的要求。因此要求在機(jī)體上設(shè)置各種各樣的使用維護(hù)口蓋，有每次飛行前、后檢查用的；有加油、加氧、充電、充氣等用的；有關(guān)鍵件和重要件定期檢查用的；有工藝安裝用的等等。有圓形、橢圓形、長方形、梯形等，受力大的或小的，快卸的或難開啟的等。從設(shè)計上應(yīng)該分類、統(tǒng)一要求，提高維修性。

1 飛機(jī)口蓋標(biāo)準(zhǔn)編制必要性

1.1 技術(shù)發(fā)展的需求

口蓋設(shè)計在型號研制中是十分重要的一環(huán)，也是部隊(duì)/用戶最關(guān)心的飛機(jī)維護(hù)問題。從維修角度來說，可達(dá)性好壞很重要。而衡量飛機(jī)可達(dá)性的具體指標(biāo)是用飛機(jī)的開敞率來表示的，即飛機(jī)表面可打開的艙蓋和口蓋凈開口面積占飛機(jī)表面積的百分比，也就是飛機(jī)開敞率的高低標(biāo)志著飛機(jī)可達(dá)性的好壞。開敞率高的飛機(jī)不僅便于拆裝、檢查， 還可大大縮短排除故障的時間，從而提高飛機(jī)的良好率、出勤率。先進(jìn)的軍用飛機(jī)的開敞率已達(dá)到50%以上，如F-16飛機(jī)有228個口蓋， 占飛機(jī)表面積的60%以上。

1.2 規(guī)范體制的需求

國內(nèi)已形成了一系列口蓋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，諸如HB 6082-1999《鉸接式單鎖口蓋》、HB 6083-1999《鉸接式雙鎖口蓋》、HB 7677-2000《防水快卸口蓋》，HB 2-12-2002《口蓋鎖》、HB 2-32-2004《艙門蓋鎖》、HB 2-45-1994《承力鎖》、HB 2-46-1994《小型承力鎖》，HB 2-25-2002《擠壓型材合頁片》，HB 7533-1997《小型自撐鉸鏈》，HB 2-62-2002《鏈條》等，大多都是關(guān)于鎖和鉸鏈方面。針對飛機(jī)口蓋通用設(shè)計的準(zhǔn)則，目前尚無統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范。國外各大飛機(jī)制造公司十分重視口蓋設(shè)計，并將之程序化、規(guī)范化，諸如波音、空客都在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中有口蓋設(shè)計這一章，相應(yīng)有小口蓋、鎖、鉸鏈、合頁等標(biāo)準(zhǔn)件。

1.3 飛機(jī)研制過程的需求

隨著我國設(shè)計手段和制造技術(shù)的進(jìn)步，以及近年來與國外先進(jìn)飛機(jī)公司合作，無論在口蓋設(shè)計還是制造方面都有了長足的發(fā)展，如采用新連接件（進(jìn)口快卸鎖、快卸螺釘）、新材料（復(fù)合材料、鋁鋰合金）、新工藝（鈦合金SPF/DB、整體精鑄等），以及新的好的口蓋密封材料、密封材料，防排水措施，曲度大地方鎖連接設(shè)計等，經(jīng)過多年飛行實(shí)踐證明效果好的口蓋形式、連接密封方法應(yīng)在我國全面推廣。軍用飛機(jī)隱身技術(shù)發(fā)展，武器要內(nèi)埋式，需要開啟口蓋投放，如F-22、F-35等。

1.4 飛機(jī)外場飛行故障

生產(chǎn)單位、民航和部隊(duì)反饋到設(shè)計單位的大量意見，大多屬于口蓋設(shè)計、制造問題，諸如口蓋剛度不足、連接鎖可靠性差鎖不緊致口蓋空中飛掉、可達(dá)性差、開啟不方便、漏雨、口蓋口框邊緣出現(xiàn)裂紋等故障。如某飛機(jī)試飛中，有一段時間飛機(jī)的維修口蓋脫落、損壞，危及著飛行安全。其中最嚴(yán)重的一次是機(jī)身前中機(jī)身左側(cè)充冷氣口蓋和相鄰的主起落架艙門對接鎖檢查口蓋同時被飛掉， 將左襟翼前緣打裂兩處，長度為50mm；將左水平尾翼前緣打裂一處， 長度為150mm，并凹陷；同時打傷打凹機(jī)身蒙皮、主起側(cè)艙門蒙皮和翼身整流包皮等多處， 導(dǎo)致飛機(jī)停飛，左襟翼、左水平尾翼拆下返回裝配車間更換損壞零件。據(jù)統(tǒng)計，某飛機(jī)出廠試飛中先后共有8個口蓋10次飛掉飛壞。所幸脫落的口蓋均不位于進(jìn)氣道或座艙蓋的前方，否則可能會造成更為嚴(yán)重的后果。

2 口蓋設(shè)計要求

2.1 總體布置

口蓋總體布置要求如下：

在總體布置時，要充分考慮各系統(tǒng)的走向，使充電、加油、掛彈等工作所使用的車輛應(yīng)在機(jī)身兩側(cè)交錯排列，各項(xiàng)維護(hù)工作盡可能是平行作業(yè)，互不干擾，口蓋位置、大小相應(yīng)布置，便于操作，同時要考慮外形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平。

要根據(jù)成品和設(shè)備的尺寸、重量、連接形式、活動空間、維修頻度、使用工具和操作方式等，合理布置口蓋的位置、形狀、大小、開啟方式，以及與機(jī)體的連接形式。

對于機(jī)身結(jié)構(gòu)上開啟頻度大的口蓋，應(yīng)為維護(hù)人員提供較好的可達(dá)性，使地勤人員在地面就可以進(jìn)行日常的維護(hù)工作。翼面結(jié)構(gòu)上口蓋要方便設(shè)備或系統(tǒng)檢修，油箱口蓋布置在機(jī)翼上翼面還是下翼面應(yīng)綜合疲勞性和維修性而定。短艙口蓋布置要方便發(fā)動機(jī)維修，并應(yīng)注意火區(qū)影響。

對于有隱身要求的口蓋，應(yīng)采用隱身措施。對于有電磁防護(hù)要求的口蓋要采取電磁防護(hù)措施（如口蓋邊緣壓電磁屏蔽條），較大口蓋設(shè)計應(yīng)考慮電搭接要求。

口蓋的大小、形狀、開啟方式應(yīng)滿足設(shè)備或零件檢測、維修、更換等要求。

盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)口蓋及快卸鎖，縮短打開和關(guān)閉口蓋的時間，方便飛機(jī)的使用維修。

經(jīng)常開啟、易于損壞、面積較大等的口蓋應(yīng)具有互換性。詳細(xì)的互換性項(xiàng)目應(yīng)符合型號互換性目錄要求。

2.2 口蓋的結(jié)構(gòu)形式

口蓋的結(jié)構(gòu)形式大多為鈑金組合件， 鉚接或膠接點(diǎn)焊， 是一種常規(guī)的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)空間緊張時可采用厚板化學(xué)銑切或鑄造口蓋，也可以采用新材料、新工藝、如鈦合金超塑成型，鋁-鋰合金。在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上要采用碳纖維復(fù)合材料口蓋， 要防止邊緣分層。高溫區(qū)可用鈦合金或不銹鋼等材料。

2.3 口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

口蓋設(shè)計應(yīng)綜合考慮外形、應(yīng)力、開啟頻度、重量、密封、維修等因素，合理布置構(gòu)件、選擇合適的結(jié)構(gòu)型式、連接方式和密封。機(jī)體開口及加強(qiáng)保證結(jié)構(gòu)完整性，所設(shè)計口框應(yīng)與口蓋匹配。應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度要求，尤其對于A類口蓋剛度變形不應(yīng)使鎖舌的搭接量變少脫出。帶合頁或鉸鏈的口蓋，合頁或鉸鏈布置在開口的上方或前方。對于大口蓋應(yīng)考慮口蓋打開撐住，撐桿或氣彈簧應(yīng)能滿足地面風(fēng)載要求。特別是進(jìn)氣道前方的小口蓋，沿航向口蓋前端邊要用合頁連接，其余邊用快卸鎖連接。如果鎖松脫或假鎖時，口蓋順氣流作用下是趨于關(guān)閉狀態(tài)，防止口蓋飛掉，避免發(fā)生意外事故。設(shè)計過程還應(yīng)考慮制造工藝性，如鈑金件拉伸深度、化銑件厚度、復(fù)合材料低成本等。

2.4 口蓋連接件

結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用經(jīng)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)件，口蓋連接件選用主要考慮按功能、載荷、部位及維修維護(hù)要求選用連接件的型式；按防差錯設(shè)計選用連接件規(guī)格；按型號標(biāo)準(zhǔn)件選用目錄選用連接件，減少品種并規(guī)格化；連接件與被連接的結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有相容性。

2.5 防差錯設(shè)計

應(yīng)避免采用對稱形狀的口蓋，如長方形口蓋不采用四邊直角，而是一邊為直角，另一邊為圓角，或采用五邊形；若采用對稱形狀口蓋不采用對稱緊固件布置；應(yīng)采用明顯標(biāo)志，如標(biāo)明口蓋的名稱、“打開”或“關(guān)閉”位置。

3 口蓋設(shè)計技術(shù)研究

3.1 口蓋的分類

飛機(jī)上的口蓋可分為標(biāo)準(zhǔn)件口蓋（小口蓋）如HB 6082-1999、HB 6083-1999和非標(biāo)口蓋（結(jié)構(gòu)件），標(biāo)準(zhǔn)件口蓋適用于平直外形結(jié)構(gòu)，非標(biāo)口蓋按型號飛機(jī)外形而定，同時考慮口框匹配設(shè)計。

HB 7083-1994《飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備定義圖標(biāo)要求》中4.2.13維修口蓋類別中給出了A、B、C三類的定義。

A類口蓋：開（或關(guān)）口蓋時間少于1min，一般采用不需使用工具的快卸鎖和鉸鏈的口蓋。如充填維護(hù)保養(yǎng)點(diǎn)。

B類口蓋：開（或關(guān)）口蓋時間少于1～10（min），一般采用快卸鎖或快卸螺栓，可用或不用鉸鏈的口蓋。如需要經(jīng)常檢查維護(hù)項(xiàng)目用口蓋。

C類口蓋：開（或關(guān)）口蓋時間取決于口蓋上的螺釘數(shù)，一般采用標(biāo)準(zhǔn)螺釘而不用快卸鎖或快卸螺釘?shù)目谏w。如不需經(jīng)常檢查或維護(hù)項(xiàng)目。

HB 7231-1995 《軍用飛機(jī)維修性設(shè)計準(zhǔn)則》中5.1.2和GJB 312.2-1987《飛機(jī)維修品質(zhì)規(guī)范 飛機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)維修品質(zhì)的一般要求》中4.7節(jié)均對口蓋分類作了規(guī)定。

在綜合上述標(biāo)準(zhǔn)和型號工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了如下口蓋類型要求。

口蓋按其功能、承力情況及使用頻度等因素，一般分為以下3類：

A類：合頁鉸鏈和按鈕快卸鎖連接口蓋，為非承載口蓋，開啟頻度高，不用工具可打開；

B類：承力快卸鎖（和鉸鏈）連接口蓋，為承載口蓋，開啟頻度一般，需用工具打開；

C類：螺栓/螺釘托板螺母連接口蓋，為承載口蓋，開啟頻度低，需用工具打開。

同時給出了3類口蓋的連接形式，見表1。

3.2 曲率大的口蓋鎖的選用

對于帶二次曲面的大口蓋，如機(jī)身側(cè)面的雷達(dá)艙口蓋，打開快卸鎖時，口蓋仍難開啟。這是因?yàn)殒i軸線是沿外形法線安裝的，而口蓋打開過程中鎖的運(yùn)動軌跡是繞轉(zhuǎn)軸的，有一個圓弧，兩者有一個角度差， 鎖打開后， 口蓋受到鎖銷的干擾， 可選擇脫落型口蓋鎖或雙頭螺紋快卸鎖。在型號中一般上鎖體與口蓋連接不脫落，運(yùn)動方向交叉打開困難，選擇鎖銷可卸下的，可避免干涉，一種是選擇雙頭螺紋ET鎖，上鎖體的止動圈取消，便可從口蓋拿下。另一種就是選擇可以卸下鎖銷的快卸鎖，這種鎖很少，難于選擇。

表1 口蓋連接形式

3.3 機(jī)翼壁板上口蓋的布置

口蓋的布置還需要綜合比較各方面的利弊，如機(jī)翼油箱口蓋從疲勞角度考慮應(yīng)在上翼面，然而從使用維護(hù)角度考慮一般將口蓋置于下翼面。在口蓋布置時要綜合考慮疲勞和維修性，權(quán)衡在上翼面還是下翼面開口。

3.4 油箱口蓋

油箱口蓋相對于油箱蒙皮而言通常是半絕緣的。當(dāng)口蓋遭到雷擊時，在接觸面處就會產(chǎn)生電火花（內(nèi)部），從而有可能引起爆炸。為此油箱口蓋的防雷擊設(shè)計和模擬雷擊試驗(yàn)是很重要的。

油箱口蓋的防雷擊設(shè)計要點(diǎn)及模擬雷擊試驗(yàn)要求詳見MIL–C–38373B《雷擊試驗(yàn)要求》的有關(guān)規(guī)定。主要措施有兩條：其一是用O形密封圈將雷擊引起的放電火花隔離到有燃油蒸氣與空氣混合氣體的區(qū)域以外，從而達(dá)到破壞引起燃燒、爆炸的條件；其二是在油箱口蓋上加絕緣層，使雷擊不能附著到油箱口蓋上。

3.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

飛機(jī)口蓋驗(yàn)證主要為試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證要求的內(nèi)容主要依據(jù)型號工程經(jīng)驗(yàn)確定?？谏w驗(yàn)證可進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)證，亦可隨結(jié)構(gòu)部件一起進(jìn)行驗(yàn)證。口蓋可達(dá)性、維修性、互換性驗(yàn)證一般隨部件或整機(jī)驗(yàn)證?？谏w試驗(yàn)項(xiàng)目一般包括密封帶選型試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)和油箱艙口蓋特殊試驗(yàn)項(xiàng)目。對于隱身、電磁防護(hù)等要求的口蓋按型號專用規(guī)范執(zhí)行。

4 結(jié)束語

口蓋是飛機(jī)維修的重要通道，又是外場飛機(jī)故障多發(fā)區(qū)，飛行每個起落離不開口蓋的開啟，雖說不是重要傳力構(gòu)件，但特點(diǎn)和設(shè)計技巧較其他結(jié)構(gòu)特殊，設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和方法都值得總結(jié)。對于口蓋設(shè)計，首先進(jìn)行分類，并從總體、氣動、維護(hù)性、防差錯、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、連接、試驗(yàn)等方面，進(jìn)行統(tǒng)一要求，規(guī)范設(shè)計。把經(jīng)過多年飛行實(shí)踐證明效果好的口蓋形式、連接密封方法全面推廣，形成標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)內(nèi)貫徹，可以提高設(shè)計水平，減少口蓋飛掉、裂紋、漏水、掉鎖等故障的發(fā)生，保證飛行安全。