淺談民用飛機艙門鎖閂機構(gòu)方案設(shè)計

【摘要】本文首先介紹了民用飛機艙門閂機構(gòu)的定義、功能、設(shè)計要求及閂機構(gòu)的實現(xiàn)型式，然后詳細介紹了某民用飛機艙門閂機構(gòu)的組成、機構(gòu)運動原理及滿足要求的設(shè)計考量。最后得出了5個可供民用飛機艙門閂機構(gòu)設(shè)計參考的結(jié)論。

1.引言

艙門的閂機構(gòu)起到保障艙門關(guān)閉安全的功能，閂機構(gòu)主要包括閂操縱機構(gòu)和閂。當(dāng)艙門完全處在關(guān)閉位置，并且艙門后續(xù)能夠完成上閂、上鎖的狀態(tài)，才稱為艙門關(guān)閉，閂是很重要的安全性機構(gòu)部件。

閂是能夠運動的機構(gòu)零件，當(dāng)閂處在關(guān)閉位置時能夠阻止艙門打開。閂機構(gòu)要實現(xiàn)的功能即“上閂”，當(dāng)閂完全與結(jié)構(gòu)組件搭合并且通過閂操縱機構(gòu)約束其位置稱為上閂?；诎踩钥紤]和各項適航條款，閂機構(gòu)方案設(shè)計非常重要。

2.閂機構(gòu)設(shè)計要求

2.1閂機構(gòu)適航要求

對于閂機構(gòu)必須滿足的適航要求總結(jié)如下：

FAR25.783（d）定義，每個艙門必須有閂系統(tǒng)，防止艙門打開。

CCAR25.783（d）鎖閂和鎖定：

鎖閂和鎖定機構(gòu)必須按如下設(shè)計

（1）必須有措施鎖閂每一門。

鎖閂及其操縱機構(gòu)必須設(shè)計成，在所有的飛機飛行和地面載荷狀態(tài)下，在門鎖閂的狀態(tài)下，沒有試圖解開鎖閂的力或力矩。而且，鎖閂系統(tǒng)必須包括一種措施，保證鎖閂處于鎖閂的位置。

（2）每一承壓的并且打開時首先作非內(nèi)向運動的門必須：

a）對每一鎖閂有單獨的鎖；b）具有盡可能靠近鎖閂的鎖；c）設(shè)計成在增壓飛行中鎖定系統(tǒng)單一失效不會妨礙必需鎖閂將艙門鎖緊；

（3）每一打開時首先作內(nèi)向運動并且未鎖閂可能導(dǎo)致危險的門必須具有鎖定措施，能夠防止鎖閂脫離。鎖定措施必須確保充分閂上，能構(gòu)防止即使發(fā)生鎖閂機構(gòu)的單一失效門也不會打開。

2.2閂機構(gòu)設(shè)計要求

（1）閂銷系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動部分、固定機構(gòu)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力變形的影響；

（2）艙門閂銷的設(shè)計，應(yīng)保證艙內(nèi)充氣時，不會產(chǎn)生使閂銷脫開的力；

（3）門閂設(shè)計得能承受3個壓力因數(shù)；

（4）門閂機構(gòu)必須具有能夠在門閉合時對門閂進行目視檢查的設(shè)施。除非所有的門閂已確定完全閂住，否則飛機不能夠增壓。門閂不得有足以使門損壞的任何磨損、失調(diào)或偏離規(guī)定容差的情況。

3.閂機構(gòu)功能的實現(xiàn)型式

閂機構(gòu)功能的實現(xiàn)有多種方式，根據(jù)閂機構(gòu)上閂的方式大致可分為以下3種：

（1）插銷式。閂機構(gòu)中的閂為閂桿，閂桿沿門框閂支座進行滑塊運動，當(dāng)閂處在關(guān)閉位置時，通過閂桿與門框結(jié)構(gòu)上的閂支座之間的配合，阻止艙門打開。

（2）鎖鉤式。閂機構(gòu)中的閂為鎖鉤，鎖鉤繞鉤軸定軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)閂處在關(guān)閉位置時，鎖鉤與門框上的鎖柱配合，阻止艙門打開。

（3）滾輪式。閂機構(gòu)中的閂為帶滾輪的搖臂，閂滾輪按運動軌跡沿閂槽運動，當(dāng)閂處在關(guān)閉位置時，搖臂上的滾輪與門框上的閂槽配合，阻止艙門打開；或者閂機構(gòu)中的閂為閂槽，當(dāng)閂處在關(guān)閉位置時，閂槽與門框上的滾輪配合，阻止艙門打開，如圖4所示。

閂機構(gòu)功能實現(xiàn)方式的選擇以及閂機構(gòu)的具體數(shù)量，需要根據(jù)艙門種類（承壓艙門與非承壓艙門）、受載情況、空間部置情況進行適當(dāng)選擇。

4.閂機構(gòu)設(shè)計工程實例應(yīng)用

閂機構(gòu)運動流程簡而言之就是手柄啟動裝置驅(qū)動閂機構(gòu)運動，從而實現(xiàn)上閂，解閂功能。

4.1某艙門閂機構(gòu)的功能及組成

某民用飛機艙門的閂機構(gòu)設(shè)計主要由鎖鉤機構(gòu)、安全銷機構(gòu)、鎖鉤軸機構(gòu)這3個分機構(gòu)組成。

鎖鉤機構(gòu)的功能主要是阻止艙門意外開啟，并承受部分特定飛行狀態(tài)下的載荷，當(dāng)鎖鉤部件完全與結(jié)構(gòu)組件搭合并且通過鎖操縱機構(gòu)約束其位置則完成鎖鉤機構(gòu)的功能目標(biāo)。

安全銷機構(gòu)的功能主要是作為阻止艙門開啟的另一套輔助裝置，它防止艙門在非正常開啟狀態(tài)下向上提升運動，避免在鎖鉤失效的情況下，艙門意外啟動從而導(dǎo)致艙門意外打開，安全銷機構(gòu)不承受飛行載荷。

鎖鉤軸機構(gòu)的功能主要是驅(qū)動鎖鉤機構(gòu)和安全銷機構(gòu)運動。

鎖鉤本體機構(gòu)主要由鎖鉤、鎖鉤支座、鎖鉤定位轉(zhuǎn)軸、連桿等組成，安全銷本體機構(gòu)主要由安全銷連桿、安全銷插桿、安全銷支座等組成，驅(qū)動鎖鉤機構(gòu)運動的鎖鉤軸機構(gòu)部分零件主要由花鍵轉(zhuǎn)軸、法蘭盤、鎖鉤搖臂、連桿搖臂、安全銷搖臂、連桿、支座、止動部件等組成。如圖5所示。

4.2閂機構(gòu)運動原理

鎖鉤機構(gòu)與安全銷機構(gòu)都是以鎖鉤軸機構(gòu)來進行驅(qū)動，鎖鉤軸為花鍵軸，它與鎖鉤搖臂、安全銷搖臂都是通過花鍵的方式傳遞運動的。當(dāng)艙門打開和關(guān)閉過程中，手柄驅(qū)動搖臂通過連桿帶動鎖鉤軸上的連桿搖臂運動，從而鎖鉤軸轉(zhuǎn)動，安裝于鎖鉤軸上的鎖鉤搖臂及安全銷搖臂通過連桿再帶動鎖鉤及安全銷運動，從而達到上閂和解閂的作用。

鎖鉤機構(gòu)和安全銷機構(gòu)需要考慮在意外情況下，不會輕易脫閂，所以一般會有鎖系統(tǒng)監(jiān)視閂機構(gòu)的運動，但是閂機構(gòu)自身也需要有鎖定裝置；同時在意外情況下，閂的運動角度過度，也會引起手柄反轉(zhuǎn)，從而發(fā)生意外解閂，所以閂機構(gòu)也需有限定裝置。為考慮運動限制及鎖定狀態(tài)，閂機構(gòu)主要采取了以下兩種方法：

限位：鎖鉤機構(gòu)采用搖臂處安裝止動螺釘，與連接主結(jié)構(gòu)的支座配合達到限位作用。安全銷機構(gòu)主要限位裝置為安全銷搖臂端頭與位于結(jié)構(gòu)上的限位器支座在運動到設(shè)計位置時，安全銷搖臂端頭止動螺釘會與限位器配合限位。

鎖定：利用過中心設(shè)計完成鎖的功能。在設(shè)計時根據(jù)搖臂轉(zhuǎn)動方向設(shè)計連桿與鎖鉤搖臂、安全銷搖臂之間連接角度≠180°，這樣就可以在轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生連桿與鎖鉤搖臂、安全銷搖臂之間的角度達到180°，此時鎖鉤更向鉤軸靠近，而安全銷更向門框結(jié)構(gòu)處靠近，連桿與鎖鉤搖臂、安全銷搖臂之間的連線達到180°，完成鎖功能。

5.結(jié)論

根據(jù)本文對民用飛機艙門的閂機構(gòu)設(shè)計的分析說明，可歸納得出以下幾點：

1）閂機構(gòu)的設(shè)計須滿足適航要求、功能要求、強度要求和剛度要求并且要具有較好的工藝性，公差配合的選取適當(dāng)。

2）閂機構(gòu)功能的實現(xiàn)有多種方式，閂機構(gòu)功能實現(xiàn)方式的選擇以及閂機構(gòu)的具體數(shù)量，需要根據(jù)艙門種類、受載情況、空間部置情況進行適當(dāng)選擇。

3）在滿足機構(gòu)功能的前提下，閂機構(gòu)機構(gòu)傳遞路線應(yīng)盡量短，機構(gòu)直接傳力可以減輕機構(gòu)重量。

4） 為了防止閂機構(gòu)在意外情況下脫閂，不僅要設(shè)置鎖軸機構(gòu)，還要在閂機構(gòu)自身設(shè)計一定的預(yù)防措施，比如過中心設(shè)計可較為有效地防止意外脫閂。

5）為了防止閂機構(gòu)反向旋轉(zhuǎn)引起手柄非正常驅(qū)動，閂機構(gòu)需設(shè)計限定裝置，阻止閂的反向運動。

參考文獻

[1]（美）牛春勻著，程小全譯.實用飛機結(jié)構(gòu)工程設(shè)計.航空工藝出版社，2008