飛機(jī)登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)探討

王亮

摘 要 登機(jī)門(mén)在應(yīng)用過(guò)程中，極易因?yàn)槠涿芊饨Y(jié)構(gòu)的失效而導(dǎo)致駕駛艙漏氣情況的發(fā)生，嚴(yán)重的話還可致使駕駛艙危險(xiǎn)事件的發(fā)生。為了更好提升登機(jī)門(mén)密封性，對(duì)其密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)就顯得極為重要。基于此，本文就飛機(jī)登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞 登機(jī)門(mén)；密封結(jié)構(gòu)；有限元仿真；維修

中圖分類(lèi)號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0004-01

登機(jī)門(mén)位于飛機(jī)中部，是機(jī)身結(jié)構(gòu)中極為重要的組成部分，其安全性、功能性要求都極為嚴(yán)格，從而保證其應(yīng)用的可靠性。同時(shí)，登機(jī)門(mén)也是地勤維護(hù)艙內(nèi)設(shè)備的重要通道，是保證駕駛艙氣密性的核心，做好其結(jié)構(gòu)優(yōu)化極為重要。在飛機(jī)駕駛過(guò)程中，登機(jī)門(mén)極容易發(fā)生密封性結(jié)構(gòu)故障，密封帶不能正常如門(mén)框，門(mén)體盆形件外緣的間隙密封性下降，造成艙內(nèi)氣密性不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重的情況下還容易造成飛機(jī)飛行安全隱患，不容忽視。這就需要相關(guān)人員對(duì)登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)予以深入研究，不斷探索更好地改進(jìn)措施，提升登機(jī)門(mén)的密封效能。

1 飛機(jī)登機(jī)門(mén)結(jié)構(gòu)分析

在飛機(jī)登機(jī)門(mén)結(jié)構(gòu)中，主要包括盆形件、八根梁、兩組縱向隔板、蒙皮以及止動(dòng)件等主要結(jié)構(gòu)。所謂登機(jī)門(mén)的受力框架——盆形件主要有盆形件拼塊和鈑彎角材拼合組成的，盆形件拼塊共包括4塊，是由1.8mm的2024-T24鋁板制作成的，鈑彎角材共14塊，主要是由1.6mm的2024-T24鋁板制造而成的；在梁的兩側(cè)位置，安裝有接頭，負(fù)責(zé)對(duì)止動(dòng)件進(jìn)行連接，接頭屬于機(jī)加件，是由17-4PH制作成的；兩組縱向加強(qiáng)件位于盆形件的內(nèi)部，其主要作用，就是對(duì)8根梁進(jìn)行支撐，關(guān)于前縱向加強(qiáng)件組成方面，主要是有9個(gè)Z形成形件構(gòu)成，Z形成形件是有1.27mm厚度的2024-T24鋁板制作而成的，在后縱向加強(qiáng)件組成方面，也是有9個(gè)Z形成形件構(gòu)成，Z形成形件是有1.27mm厚度的7075-T62鋁板制作而成的；當(dāng)關(guān)閉登機(jī)門(mén)，并對(duì)客艙實(shí)時(shí)增壓之后，止動(dòng)件就會(huì)受到相關(guān)壓力，與門(mén)框前后框架上對(duì)應(yīng)止動(dòng)螺栓發(fā)生接觸，將登機(jī)門(mén)上的增壓載荷量，向周?chē)臋C(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。

2 密封結(jié)構(gòu)密封性能影響因素分析

飛機(jī)登機(jī)門(mén)在應(yīng)用過(guò)程中因?yàn)槭艿胶奢d的影響，其氣密載荷方向和密封帶與門(mén)框的接觸面基本呈現(xiàn)出垂直的角度，這就讓門(mén)體和門(mén)框?qū)τ诘菣C(jī)門(mén)的密封性能產(chǎn)生一定影響，甚至可以說(shuō)影響極大。登機(jī)門(mén)在關(guān)閉之后，促使密封帶呈現(xiàn)出壓縮的態(tài)勢(shì)，這時(shí)候駕駛艙則會(huì)被沖壓，并造成登機(jī)門(mén)的變形，密封帶極容易回彈。

密封帶狀態(tài)不同其所造成的漏氣情況也不盡相同，比如門(mén)體和門(mén)框不擠壓登機(jī)門(mén)的情況下，密封帶可以保持正常狀態(tài)（如橢圓體），而門(mén)體和門(mén)框的擠壓則會(huì)讓其收縮，此時(shí)“橢圓體”則會(huì)呈現(xiàn)下壓狀態(tài)，而門(mén)體變形之后則會(huì)與“橢圓體”之間形成縫隙，密封帶的回彈就會(huì)造成縫隙存在。

如果使用公式表示，比如門(mén)體與門(mén)框的距離為h0，h0同時(shí)也表示密封帶的高度；而登機(jī)門(mén)在關(guān)閉時(shí)候，門(mén)框與門(mén)體之間的距離為h1，此時(shí)因?yàn)槭艿綌D壓，h10

通過(guò)此2個(gè)公式，我們可以得知，為了保持艙門(mén)不漏氣，艙門(mén)關(guān)閉時(shí)密封帶的壓縮量必須大于門(mén)體門(mén)框的階差。也通過(guò)公式和相關(guān)分析，我們可以得知，登機(jī)門(mén)門(mén)體、門(mén)框、兩者階差、密封帶的壓縮量都會(huì)對(duì)密封結(jié)構(gòu)、密封性能產(chǎn)生影響，這也就成為結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案開(kāi)展的重要基礎(chǔ)和條件。

3 飛機(jī)登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)路徑

3.1 密封結(jié)構(gòu)有限元建模

在登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)有限元建模方面，主要指的是接觸定義、材料數(shù)據(jù)定義、邊界約束以及網(wǎng)格化分等內(nèi)容，這些都是利用HyperMesh軟件來(lái)完成的。第一，在劃分網(wǎng)格時(shí)，殼單元是針對(duì)薄板零件來(lái)說(shuō)的，六面體單元是針對(duì)密封帶而言，1D單元是針對(duì)鉚釘、螺栓等連接件來(lái)說(shuō)的。第二，在模擬密封帶模型的過(guò)程中，運(yùn)用的是超彈性材料本構(gòu)，關(guān)于其他材料參數(shù)方面，基本上都是鋁合金材料屬性。第三，為了保證非線性接觸問(wèn)題模擬的準(zhǔn)確性，在通用接觸的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)Abaqus顯示算法預(yù)約利用。在門(mén)框與密封帶接觸的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)在一線區(qū)域，對(duì)接觸開(kāi)展創(chuàng)建工作，這些區(qū)域主要包括艙門(mén)上部、艙門(mén)下部、航向前、航向后以及四個(gè)圓角，通過(guò)接觸的創(chuàng)建工作，為對(duì)比分析密封帶局部，提供了許多便捷。第四，在門(mén)框的周邊位置處，對(duì)邊界約束進(jìn)行施加過(guò)程中，在對(duì)門(mén)體施加強(qiáng)制角位移的情況下，應(yīng)當(dāng)將艙門(mén)接頭旋轉(zhuǎn)軸線作為基準(zhǔn)的。

3.2 密封結(jié)構(gòu)故障有限元分析復(fù)現(xiàn)

在對(duì)密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案確定前，應(yīng)當(dāng)分析復(fù)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)故障有限元，只有這樣，才能對(duì)仿真參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，才能確保改進(jìn)方案的可行性、針對(duì)性、科學(xué)性以及合理性。在對(duì)登機(jī)門(mén)關(guān)閉時(shí)密封袋變形情況，進(jìn)行真實(shí)模擬時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)顯式有限元分析方法來(lái)進(jìn)行，在對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程中，由于艙門(mén)、壓邊條和門(mén)框結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們可以將艙門(mén)和門(mén)框簡(jiǎn)化為剛體，將壓邊條簡(jiǎn)化為柔性體。應(yīng)當(dāng)對(duì)8個(gè)區(qū)域進(jìn)行選取，并對(duì)A～H編號(hào)進(jìn)行分配。經(jīng)過(guò)有限元的相關(guān)計(jì)算，就可以將登機(jī)門(mén)密封帶原始結(jié)構(gòu)各區(qū)域初始接觸時(shí)間和接觸力值，計(jì)算出來(lái)。關(guān)于接觸順序方面，首先接觸的區(qū)域?yàn)镈區(qū)域，然后是A區(qū)域，之后是F、B、G區(qū)域，最后則是C、E、H區(qū)域。通過(guò)對(duì)區(qū)域接觸力進(jìn)行比較，接觸率最大的為A區(qū)域，在圓角區(qū)域中，接觸時(shí)間最長(zhǎng)。

3.3 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

通過(guò)分析密封結(jié)構(gòu)密封性能的影響因素，在對(duì)登機(jī)門(mén)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，即減少密封帶的壓縮量和加大門(mén)體與門(mén)框的階差。在對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行制定的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)工藝性和維修性相關(guān)規(guī)定及要求，進(jìn)行全方位綜合考慮，可以將其分為三個(gè)具體方面。1）更改門(mén)框左上角結(jié)構(gòu)，加大門(mén)框左上角的圓角半徑，在門(mén)框邊緣位置處，對(duì)倒角進(jìn)行增加，這樣就能夠加大門(mén)體與門(mén)框A區(qū)域的初始接觸階差，有利于密封帶迅速進(jìn)入形成壓密封。通過(guò)與原始模型進(jìn)行比較，初始接觸時(shí)間未發(fā)生變化，接觸過(guò)程處于平滑狀態(tài)，有利于避免或減少了褶皺情況發(fā)生。2）更改鉸鏈安裝角度，在原始模型中，鉸鏈軸線與Y軸的夾角是8.46°，將下部接頭端點(diǎn)作為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，順時(shí)針繞X軸旋轉(zhuǎn)五度，這樣就會(huì)加大門(mén)體與門(mén)框A區(qū)域階差。3）更改密封帶截面形狀，對(duì)密封帶截面前端R角進(jìn)行更改，能夠降低密封帶前端高度，有利于密封帶壓縮量的減少。

4 結(jié)論

為了更好提升登機(jī)門(mén)密封性，對(duì)其所采用的材料方面也需要予以高度關(guān)注，并對(duì)其相關(guān)的影響因素進(jìn)行分析，從而探索更為行之有效的密封措施，讓登機(jī)門(mén)的密封性在原有基礎(chǔ)上得以優(yōu)化，為飛機(jī)的安全性提供強(qiáng)大支撐。

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