艙門密封件設(shè)計(jì)

渠濤

【摘 要】密封件設(shè)計(jì)是飛機(jī)艙門設(shè)計(jì)的重要組成部分，其性能好壞關(guān)系著飛機(jī)的飛行安全，本文從密封件設(shè)計(jì)考慮因素、構(gòu)型、性能驗(yàn)證等方面進(jìn)行研究，給出設(shè)計(jì)密封件的一般考慮。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)設(shè)計(jì)；艙門；密封件

【Abstract】Seal Design is one of the most important parts of aircraft sealed cabin. The property of the seal is relative to the aircraft safety. It should be considerate that the seal environment factors， shape， and test should be studied.

【Key words】Aircraft Design； Door； Seal

0 引言

現(xiàn)代飛機(jī)普遍采用氣密艙設(shè)計(jì)，可有效防止風(fēng)、灰塵、火和水的進(jìn)入；防止客艙或氣密艙內(nèi)壓力氣體的泄露；提供旅客和駕駛員一個安全、舒適的環(huán)境[1]。機(jī)身氣密艙設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)連接之間密封設(shè)計(jì)，如使用密封膠進(jìn)行的貼合面密封、填角密封等；機(jī)身開口區(qū)域的密封，如觀察窗使用的橡膠墊片靜態(tài)密封，艙門與機(jī)身之間的動態(tài)密封，其中艙門密封設(shè)計(jì)是氣密艙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

艙門密封件是保證飛機(jī)密封性的重要結(jié)構(gòu)部件，直接影響著飛機(jī)的安全性與舒適性。密封件參數(shù)也是艙門設(shè)計(jì)的重要輸入條件，直接關(guān)系著機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)布置[2]。艙門密封件設(shè)計(jì)既要保證飛機(jī)在使用的過程中能夠起到很好的密封作用，又要保證關(guān)閉艙門的力不能太大。同時，艙門整體是一個活動構(gòu)件，要求密封件實(shí)際使用的時候要具備足夠適應(yīng)裝配誤差的能力。

1 飛機(jī)常用密封件構(gòu)型

飛機(jī)中常用的密封件形式有管狀、扁平狀、爪形等，表 1中為典型密封件形式及各自特點(diǎn)，常用密封件已經(jīng)在各型號飛機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。

表 1 常用密封件類型

2 密封件設(shè)計(jì)因素分析

2.1 艙門開啟方式

艙門一般通過鉸鏈與門框結(jié)構(gòu)相連接，簡單艙門開啟、關(guān)閉是以鉸鏈為中心作圓弧運(yùn)動，靠近轉(zhuǎn)軸內(nèi)側(cè)密封件最先與門框發(fā)生擠壓，側(cè)邊逐步與結(jié)構(gòu)擋件發(fā)生擠壓，艙門外側(cè)密封件基本以正壓的形式擠壓在門框上，最終艙門關(guān)閉到位。

另外一種比較常見的開啟方式：曲線提升+平移式的打開方式，艙門的打開或關(guān)閉過程基本以平行于門框偏移一定距離，然后以平行四邊形平移打開。密封件在平移打開階段不發(fā)生作用，在關(guān)門最終階段或開啟最初階段與門框擋件發(fā)生滑動干涉作用，最終密封件以一定壓縮量擠壓在門框擋件上，啟動密封作用。

2.2 結(jié)構(gòu)變形

結(jié)構(gòu)變形是影響密封性能的主要原因之一，門周邊為機(jī)身高應(yīng)力區(qū)域，主要承受機(jī)身軸向力，機(jī)身彎矩、扭矩引起的剪切載荷，艙內(nèi)增壓產(chǎn)生的壓差載荷以及艙門在壓差載荷作用下傳遞給門框的集中載荷。因此，艙門的鎖閂，止動塊數(shù)量、位置應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，使艙門、門框結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、結(jié)構(gòu)變形趨于均勻；其次，艙門應(yīng)采用預(yù)變形設(shè)計(jì)，在不同增壓載荷下登機(jī)門設(shè)計(jì)不同的變形量以保證氣密性要求。

2.3 偏差補(bǔ)償

飛機(jī)結(jié)構(gòu)在裝配過程中因公差累積，以及裝配應(yīng)力、超差等因素，艙門、門框都會偏離理論位置，因此要求密封件具有一定的偏差補(bǔ)償能力。橡膠密封件以高彈性高分子材料為基材，在比較小的載荷作用下能產(chǎn)生較大的變形，管狀密封件因具有優(yōu)異的公差補(bǔ)償能力和更好的耐久性而成為現(xiàn)代飛機(jī)艙門密封件的主要形式。

2.4 產(chǎn)品外形

考慮艙門運(yùn)動過程中減少與擋件干涉，最終密封件確定為中心氣泡密封件，結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

3 產(chǎn)品驗(yàn)證

為了保證艙門密封性，需對艙門密封件進(jìn)行驗(yàn)證分析，以保證艙門密封件設(shè)計(jì)的合理、正確性。

3.1 計(jì)算分析

建立有限元分析模型，模擬密封件在實(shí)際工作狀態(tài)，輸入周邊結(jié)構(gòu)模型，密封件材料特征參數(shù)，摩擦系數(shù)等，獲得其變形、應(yīng)力、應(yīng)變的分布。3.2 環(huán)境試驗(yàn)

考核密封件在高、低溫環(huán)境，濕度環(huán)境，各種流體污染介質(zhì)、霉菌環(huán)境的抵抗能力，保證密封件在各種環(huán)境下能夠正常使用。

3.3 性能試驗(yàn)

考核密封件應(yīng)力-應(yīng)變試驗(yàn)，泄漏率試驗(yàn)，耐久性試驗(yàn)，補(bǔ)償能力試驗(yàn)等。保證密封件在滿足一定指標(biāo)值，進(jìn)行全面性能考核后，為最終密封件產(chǎn)品提供真實(shí)可靠的使用數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

艙門密封設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜工程，密封件設(shè)計(jì)作為實(shí)現(xiàn)艙門密封的關(guān)鍵因素，它是各項(xiàng)性能指標(biāo)平衡的綜合體，不能特別強(qiáng)調(diào)某一方面的性能，而忽略掉其他性能，否則最終的氣密要求會受到特別大影響。本文對艙門密封件設(shè)計(jì)考慮因素、驗(yàn)證試驗(yàn)要求進(jìn)行一般分析，為艙門密封件設(shè)計(jì)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊》編輯委員會編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊第十冊[M].國防工業(yè)出版社，1983.

[2]Richard Scorzelli.改進(jìn)密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的密封件[J].橡膠材料資料，1999，29（6）：34-37.

[責(zé)任編輯：湯靜]