翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯的可收放性研究

許小妹，余志明，周 恒，金媛媛

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

內(nèi)置登機(jī)梯是機(jī)體結(jié)構(gòu)的一部分，飛行員不依靠專門的登機(jī)梯即可自行迅速登離飛機(jī)，同時還能為維修人員提供便利；內(nèi)置登機(jī)梯翻轉(zhuǎn)打開懸掛在機(jī)體一側(cè)，不與艦面甲板或地面接觸，登離機(jī)不受停機(jī)環(huán)境的影響；其高度自主適應(yīng)性使軍機(jī)特別是艦載機(jī)對內(nèi)置登機(jī)梯的配置需求日益顯著。內(nèi)置登機(jī)梯的結(jié)構(gòu)相對常規(guī)登機(jī)梯更為復(fù)雜，其中，可收放性是內(nèi)置登機(jī)梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

1 內(nèi)置登機(jī)梯的分類

其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，除機(jī)體本身外沒有輔助登機(jī)的扶手，登離機(jī)難度較大，如A-10攻擊機(jī)、F-15、F-35“閃電Ⅱ”聯(lián)合戰(zhàn)斗攻擊機(jī)，圖1（a）為F-35伸縮桿式內(nèi)置登機(jī)梯。翻轉(zhuǎn)折疊式登機(jī)梯所占縱向空間較小，有些登機(jī)梯的梯桿還可作為攀援扶手，登離機(jī)便利性較高，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如F/A-18F“大黃蜂”新型艦載機(jī)、YK-130高級教練機(jī)，圖1（b）為YK-130翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯。復(fù)合式內(nèi)置登機(jī)梯有，米格-29KUB艦載機(jī)、SU-25攻擊機(jī)等，如圖1（c）、（d）所示。根據(jù)飛機(jī)本身，特別是座艙段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、可用空間大小、離地高度等確定內(nèi)置登機(jī)梯的結(jié)構(gòu)形式。

圖1 內(nèi)置登機(jī)梯

國內(nèi)外軍機(jī)中，內(nèi)置登機(jī)梯常見的結(jié)構(gòu)形式有伸縮桿式、翻轉(zhuǎn)折疊式以及它們與金屬蒙皮壁板塊組成的復(fù)合式內(nèi)置登機(jī)梯。

伸縮桿式登機(jī)梯由一根方形或圓形可伸縮桿以及桿左右兩側(cè)間隔設(shè)置的臺階組成一個簡易登機(jī)梯，

2 軍機(jī)內(nèi)置登機(jī)梯的一般特點(diǎn)

2.1 內(nèi)置登機(jī)梯的一般要求

軍機(jī)內(nèi)置登機(jī)梯的設(shè)計(jì)中，主要考慮滿足以下幾方面需求：

1）強(qiáng)度、剛度要求：內(nèi)置登機(jī)梯的結(jié)構(gòu)以及與機(jī)身的連接部分滿足強(qiáng)度、剛度要求，登離機(jī)安全穩(wěn)定；

2）便捷性要求：內(nèi)置登機(jī)梯應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，收起、放下快捷，能滿足飛行員的登離機(jī)要求；

3）可收放性要求：內(nèi)置登機(jī)梯結(jié)構(gòu)具有可收放性功能，能收納固定在收容艙內(nèi)，不影響飛機(jī)的氣動外形；

4）低成本設(shè)計(jì)要求：內(nèi)置登機(jī)梯的結(jié)構(gòu)要求簡單，選用成熟的材料體系和工藝方法，其布置對飛機(jī)其他結(jié)構(gòu)的影響最??；

5）防腐蝕設(shè)計(jì)要求：內(nèi)置登機(jī)梯結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足飛機(jī)的防腐蝕設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)防、排水設(shè)計(jì)要求，確保登機(jī)梯收容艙內(nèi)無積水。

2.2 內(nèi)置登機(jī)梯的基本結(jié)構(gòu)

軍用飛機(jī)的總體布局相對緊湊，離地較高，機(jī)體及系統(tǒng)復(fù)雜，為登機(jī)梯預(yù)留的布置空間狹小。在滿足登離機(jī)功能的前提下，以對機(jī)身其他結(jié)構(gòu)影響最小化為原則，翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯Z向占用空間最小。

圖2為一種翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯結(jié)構(gòu)，由主梯和懸梯兩部分構(gòu)成，主梯由口蓋、上下梯桿、腳踩踏板、滑軌以及鎖支座等組成?？谏w通過合頁與機(jī)體相連，主梯上梯桿一端通過轉(zhuǎn)軸與左隔框、右隔框框緣相連，下梯桿一端與口蓋相連，腳踩踏板一端搭接在滑軌上，可在一定范圍內(nèi)作Y向移動，上、下梯桿以及腳踩踏板另一端通過轉(zhuǎn)軸連接。

圖2 翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯

3 內(nèi)置登機(jī)梯的可收放性研究

3.1 內(nèi)置登機(jī)梯的工作原理

圖2為登機(jī)梯打開狀態(tài)示意圖，飛行員腳踏懸梯，同時手扶主梯輔助登機(jī)，隨后腳踩口蓋上的加強(qiáng)筋條和腳踩踏板，手扶飛機(jī)機(jī)身其他結(jié)構(gòu)即可進(jìn)入座艙。飛行員離機(jī)時與登機(jī)步驟相反，借助飛機(jī)機(jī)體、腳踩踏板、口蓋上的加強(qiáng)筋和懸梯離機(jī)。飛行員借助主梯作為攀援扶手時，主梯有向機(jī)體外（Z方向）運(yùn)動的趨勢，通過腳踩踏板與滑軌的連接，約束其Z向運(yùn)動；同時滑軌結(jié)構(gòu)還約束了腳踩踏板沿轉(zhuǎn)軸（X軸）的轉(zhuǎn)動，從而保證了飛行員登離機(jī)的安全性和舒適性。

飛行員離機(jī)后，地勤人員首先將上、下懸梯折疊收放于口蓋內(nèi)表面的筋條槽內(nèi)，然后手動向上抬起腳踩踏板，使其沿轉(zhuǎn)軸(X軸)轉(zhuǎn)動，此時主梯上、下梯桿也隨之轉(zhuǎn)動，如圖3（a）所示；隨后將口蓋連同懸梯一起關(guān)閉至與機(jī)身蒙皮平齊狀態(tài)，最終整個內(nèi)置登機(jī)梯都收藏在收容艙內(nèi)，如圖3（b）所示，整個過程中主梯的運(yùn)動最為關(guān)鍵。

圖3 內(nèi)置登機(jī)梯半收起及收起狀態(tài)圖

3.2 主梯的可收放性原理設(shè)計(jì)[4]

登機(jī)梯在機(jī)身內(nèi)部允許占用的Z向空間較小，其收納空間有限，主梯是該內(nèi)置登機(jī)梯的主體結(jié)構(gòu)，組成梯體的各零件結(jié)構(gòu)以及它們相互之間的配合關(guān)系是實(shí)現(xiàn)登機(jī)梯可收放性功能的關(guān)鍵要素，也是難點(diǎn)。

通過分析，將主梯的結(jié)構(gòu)運(yùn)動簡化為平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動，如圖4所示。合頁、滑軌均與機(jī)身固定，為固定構(gòu)件，口蓋為主動件，腳踩踏板、上下梯桿為從動件；腳踩踏板與滑軌間存在1個高副運(yùn)動，其余各構(gòu)件之間的連接均為轉(zhuǎn)動副，活動構(gòu)件共4個，平面機(jī)構(gòu)的自由度為：

圖4 內(nèi)置登機(jī)梯主梯平面機(jī)構(gòu)簡圖

此機(jī)構(gòu)的主動件數(shù)與機(jī)構(gòu)自由度均為1，因此具有確定的運(yùn)動軌跡。

影響內(nèi)置登機(jī)梯機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡和整體結(jié)構(gòu)布局的主要是主梯上下梯桿、口蓋的長度以及它們與機(jī)身的連接關(guān)系。為簡化分析，將此4個構(gòu)件獨(dú)立分析，將它們組成一個平面四連桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)，如圖5所示?？谏w為主動件，上、下梯桿為從動件，各構(gòu)件之間的連接均為轉(zhuǎn)動副?；顒訕?gòu)件共3個，平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動自由度：

圖5 口蓋、梯桿平面運(yùn)動簡圖（打開狀態(tài)）

此機(jī)構(gòu)具有固定的運(yùn)動軌跡。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，內(nèi)置登機(jī)梯需要達(dá)到的收放性功能要求包括；打開時，上梯體、下梯體展開并位于一條直線上，如圖6（a）所示；收縮及收起時，為達(dá)到所占空間最小化，使內(nèi)置登機(jī)梯上、下梯桿及口蓋貼合于機(jī)身蒙皮，上梯體、下梯體、口蓋折疊并位于一條直線上；如圖6（b）所示為內(nèi)置登機(jī)梯的收放運(yùn)動簡圖。四桿機(jī)構(gòu)長度滿足以下條件：

圖6 口蓋、梯桿運(yùn)動軌跡圖

根據(jù)內(nèi)置登機(jī)梯的位置布置，確定與機(jī)身相連的轉(zhuǎn)軸和合頁之間的直線距離L；結(jié)合機(jī)身的蒙皮開口大小確定口蓋的長度L以及最大開合角度α，按公式（3）、（4）可確定上、下梯桿的長度L、L；從而初步確定內(nèi)置登機(jī)梯的主梯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)登機(jī)梯的可收放性功能。

4 結(jié)論

1）將內(nèi)置登機(jī)梯主梯結(jié)構(gòu)簡化為平面四連桿機(jī)構(gòu)并對其作平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析，可獲得內(nèi)置登機(jī)梯口蓋、上下梯桿、與機(jī)身相連的轉(zhuǎn)軸和合頁之間的直線距離以及口蓋的最大展開角度；

2）通過對內(nèi)置登機(jī)梯主梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行CATIA/DMU運(yùn)動機(jī)構(gòu)仿真分析及干涉檢查，仿真結(jié)果表明，此主梯的可收放性原理設(shè)計(jì)方法正確，能滿足內(nèi)置登機(jī)梯可收放性使用要求。