登機(jī)橋靠接B787 機(jī)型前門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

張 偉，吳國(guó)云，張 滿

（深圳市機(jī)場(chǎng)股份有限公司，廣東 深圳 518100）

0 引言

在飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)中，迎角大小與飛機(jī)的升力和阻力密切相關(guān)［1-2］。迎角傳感器的輸出經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算后變?yōu)檎鎸?shí)迎角，并把信號(hào)傳輸給儀表顯示和失速警告系統(tǒng)［3-4］。當(dāng)實(shí)際迎角接近臨界迎角而使飛機(jī)有失速的危險(xiǎn)時(shí)，失速警告系統(tǒng)即發(fā)出各種形式的報(bào)警信號(hào)［5］。

某機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋正?？拷覤787 機(jī)型后，飛機(jī)迎角傳感器（風(fēng)標(biāo)式）與左遮篷緩沖器之間距離僅有20 ～30 mm。圖1 所示為登機(jī)橋距離飛機(jī)前門0.5 m 示意圖，當(dāng)靠橋操作人員因操作不當(dāng)，短時(shí)間內(nèi)以較大速度靠接飛機(jī)時(shí)，極易造成遮篷與飛機(jī)迎角傳感器碰撞，多個(gè)機(jī)場(chǎng)發(fā)生過(guò)登機(jī)橋靠接時(shí)引起迎角器損毀事故［6-7］。另一方面，當(dāng)飛機(jī)上下旅客過(guò)程中出現(xiàn)左右方向偏移、登機(jī)橋晃動(dòng)等情況時(shí)，其較小間隙也存在很大的擦碰風(fēng)險(xiǎn)［8-9］。為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，許多機(jī)場(chǎng)在靠接B787飛機(jī)機(jī)型時(shí)，只靠接飛機(jī)中門，未靠接位于迎角傳感器附近的前門，也間接導(dǎo)致旅客服務(wù)質(zhì)量和效率的降低［10-11］。

圖1 登機(jī)橋距離飛機(jī)前門0.5 m示意圖

湯蓉蓉等［12］提出通過(guò)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇輕量化鋁合金材料和工件成型技術(shù)以優(yōu)化汽車構(gòu)造質(zhì)量，提升車身性能。劉前程等［13］利用重要度分析、故障模式影響與危害度分析等方法找到影響產(chǎn)品故障的最重要部件，為可靠性設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的方向，最大程度降低整機(jī)產(chǎn)品故障率。羅良清等［14］研究組合式登機(jī)橋通道接合部高強(qiáng)度螺栓群靜力強(qiáng)度、疲勞壽命等，對(duì)登機(jī)橋立柱框架進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

為盡可能降低登機(jī)橋接機(jī)口左遮篷與迎角傳感器干涉的風(fēng)險(xiǎn)，有效提升保障服務(wù)質(zhì)量和效率。本文通過(guò)研究分析，提出了4 種減少登機(jī)橋接機(jī)口與B787 迎角傳感器干涉風(fēng)險(xiǎn)的方案。根據(jù)干涉風(fēng)險(xiǎn)、墜落風(fēng)險(xiǎn)、接機(jī)難度、實(shí)施難度4 個(gè)方面分析比較，進(jìn)行最優(yōu)化選擇。

1 靠接理論分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，得到旅客登機(jī)橋正?？拷覤787機(jī)型后其接機(jī)口與飛機(jī)迎角傳感器間的相對(duì)距離數(shù)據(jù)。圖2 所示為登機(jī)橋與迎角傳感器三維距離示意圖，結(jié)合實(shí)際對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)及理論數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)如下。

圖2 登機(jī)橋與迎角傳感器三維距離示意圖

X向：以紅線和飛機(jī)前門左門縫下端為基準(zhǔn)線，考慮接機(jī)X向誤差，迎角傳感器尖頭位于左遮棚最左外沿向右44 ～144 mm，即都位于左遮篷區(qū)域內(nèi)。

Y向：以登機(jī)橋地板左前沿上表面為基準(zhǔn)，考慮接機(jī)Y向誤差，迎角傳感器中心點(diǎn)位于地板上表面向上5～55 mm，即均位于登機(jī)橋接機(jī)口構(gòu)件范圍內(nèi)。

Z向：以飛機(jī)艙門下沿水平延長(zhǎng)線為基準(zhǔn)，考慮接機(jī)Z向誤差，迎角傳感器尖頭距登機(jī)橋地板左前沿距離A為20 ～30 mm。

從上述分析可知，旅客登機(jī)橋接機(jī)口前沿與飛機(jī)迎角傳感器的Z 向距離僅為20 ～30 mm，靠接時(shí)對(duì)操作者的要求較高，因此有必要提高Z向安全距離。

如式（1）所示，假設(shè)某型號(hào)登機(jī)橋的質(zhì)量m，迎角傳感器受旅客登機(jī)橋沖擊力為F，碰撞過(guò)程產(chǎn)生沖量I。登機(jī)橋靠接過(guò)程中是以初速度V逐漸下降，安全靠接上飛機(jī)時(shí)速度降為0，由沖量定理可知登機(jī)橋整個(gè)靠接過(guò)程中的沖量I一定。如式（2）～（3）所示，當(dāng)增加登機(jī)橋左遮篷與飛機(jī)迎角傳感器距離x，可以使靠接時(shí)間t增加，即降低非正常靠接時(shí)登機(jī)橋?qū)︼w機(jī)迎角傳感器沖擊力F，從而消除登機(jī)橋?qū)︼w機(jī)迎角傳感器的破壞。

2 靠接設(shè)計(jì)方案選擇

為了消除登機(jī)橋左遮篷與B787 機(jī)型迎角傳感器的干涉問(wèn)題，本文提出4 種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，具體如下。

方案1：僅拆除登機(jī)橋接機(jī)口左側(cè)緩沖器，即縮短接機(jī)口前沿防撞膠墊的長(zhǎng)度，使迎角傳感器尖頭與登機(jī)橋遮篷左側(cè)之間的距離約為130 ～150 mm。

方案2：拆除接機(jī)口左側(cè)緩沖器，縮短接機(jī)口前沿防撞膠墊長(zhǎng)度，同時(shí)與迎角傳感器對(duì)接處增加斜三角形肋板，防止旅客誤入發(fā)生墜落事故，并使迎角傳感器尖頭與登機(jī)橋遮篷左側(cè)之間的距離約為130 ～150 mm。

方案3：拆除接機(jī)口左側(cè)緩沖器，縮短接機(jī)口前沿防撞膠墊長(zhǎng)度，將原有的活動(dòng)地板左側(cè)往縱向切深100 mm的缺口，使迎角傳感器尖頭與登機(jī)橋遮篷左側(cè)之間的距離約為230 ～250 mm。

方案4：如圖3 靠接方案設(shè)計(jì)圖紙所示，在現(xiàn)有登機(jī)橋前沿基礎(chǔ)上往前增加100 mm的過(guò)渡梁，使迎角傳感器尖頭與登機(jī)橋遮篷左側(cè)之間的距離約為230 ～250 mm。

圖3 靠接方案設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)雙橋靠接，降低登機(jī)橋接機(jī)口左側(cè)與迎角傳感器干涉的風(fēng)險(xiǎn)。表1 所示為靠接方案對(duì)比分析，方案1 雖然實(shí)施難度低，但存在較大的墜落風(fēng)險(xiǎn)，且仍存在較大的干涉風(fēng)險(xiǎn)。方案2 增加斜三角形肋板與方案3 縱向切深100 mm的切口，均存在較大的施工難度。方案4干涉風(fēng)險(xiǎn)較小，接機(jī)難度較低，實(shí)施難度一般，對(duì)設(shè)備影響小。在現(xiàn)有接機(jī)口前沿的基礎(chǔ)上增加100 mm寬的過(guò)渡梁，現(xiàn)場(chǎng)施工相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需在機(jī)坪內(nèi)采用動(dòng)火切割作業(yè)，只需重新打孔安裝觸機(jī)減速和觸機(jī)停止開(kāi)關(guān)以及調(diào)平機(jī)構(gòu)。雖然方案4 存在一定墜落風(fēng)險(xiǎn)，但增加的100 mm過(guò)渡梁使用輕質(zhì)量的結(jié)構(gòu)件材料，且過(guò)渡梁與活動(dòng)地板采用高強(qiáng)度的螺栓連接，極大降低墜落風(fēng)險(xiǎn)。

表1 靠接方案風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析

3 靠接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)過(guò)程

根據(jù)上文采取的登機(jī)橋靠接B787 機(jī)型的方案，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)措施如下。

（1）先將原登機(jī)橋接機(jī)口前沿防撞膠墊取下，把新增的過(guò)渡梁與登機(jī)橋接機(jī)口的活動(dòng)地板、接機(jī)口前沿連接處采用6 根螺栓和型號(hào)為M10 ×80 的螺母進(jìn)行螺紋聯(lián)接，過(guò)渡梁長(zhǎng)約2.5 m，寬約0.1 m。

（2）在已安裝過(guò)渡梁的前提下，因原有登機(jī)橋遮蓬行程桿變短，需更換設(shè)計(jì)加長(zhǎng)后的遮篷行程桿，使遮篷撐開(kāi)至最大行程，即保證遮篷向前移100 mm。

（3）將登機(jī)橋接機(jī)口右側(cè)調(diào)平輪機(jī)構(gòu)整體前移至100 mm位置處安裝固定，同時(shí)將接機(jī)口前沿處的觸機(jī)停止開(kāi)關(guān)、超聲波開(kāi)關(guān)相應(yīng)往前移動(dòng)，并調(diào)整至合適方向，即將相應(yīng)保護(hù)裝置的安裝位置以面向航空器的方向，向前移100 mm，確保能在接機(jī)口安裝優(yōu)化設(shè)計(jì)后的過(guò)渡梁基礎(chǔ)上，登機(jī)橋靠接飛機(jī)時(shí)能夠正常觸發(fā)減速、停止等安全保護(hù)功能。

（4）最后在登機(jī)橋接機(jī)口左側(cè)（面向航空器方向），安裝一盞泛光燈，需調(diào)整至合適的角度，照射區(qū)域覆蓋接機(jī)口和防撞塊左側(cè)區(qū)域位置，接機(jī)口平行于飛機(jī)艙門處應(yīng)設(shè)計(jì)“禁止通行”的標(biāo)志，在泛光燈提供照度的前提下，應(yīng)防止旅客闖入，產(chǎn)生墜落風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 所示為登機(jī)橋接機(jī)口增加過(guò)渡梁效果圖所示，在不針對(duì)接機(jī)口結(jié)構(gòu)作較大改變的前提下，增加100 mm 長(zhǎng)的過(guò)渡梁，使登機(jī)橋接機(jī)口左側(cè)多出500 mm×200 mm（長(zhǎng)×寬）的矩形缺口，即增加登機(jī)橋靠接B787 大型飛機(jī)時(shí)遮蓬與飛機(jī)迎角傳感器的間隙，通過(guò)增加靠接時(shí)間，以降低非正?？拷酉碌菣C(jī)橋與飛機(jī)迎角傳感器發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，可以消除登機(jī)橋與飛機(jī)迎角傳感器產(chǎn)生干涉風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 登機(jī)橋接機(jī)口增加過(guò)渡梁效果

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)后的結(jié)果

4.1 改進(jìn)后結(jié)果測(cè)試

圖5 所示為接機(jī)口前沿加裝100 mm過(guò)渡梁，過(guò)渡梁表面敷設(shè)花紋鋁板，目的是為了增加摩擦力，防止旅客滑倒。

圖5 加裝100 mm過(guò)渡梁

本文通過(guò)對(duì)某公司的5座登機(jī)橋接機(jī)口進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，表2所示為改進(jìn)后的登機(jī)橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離，改進(jìn)后的5 座登機(jī)橋靠接B787 機(jī)型前門時(shí)，登機(jī)橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離均在210 ～310 mm之間，可有效消除登機(jī)橋接機(jī)口與B787 迎角傳感器干涉的風(fēng)險(xiǎn)，滿足靠接B787機(jī)型前門的保障要求。

表2 改進(jìn)后的登機(jī)橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離

4.2 改進(jìn)后的登機(jī)橋沖擊力分析

現(xiàn)有某型號(hào)為三節(jié)通道旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋登機(jī)橋，其中通道A質(zhì)量6 754 kg，通道B質(zhì)量6 824 kg，通道C與接機(jī)平臺(tái)及接機(jī)口質(zhì)量15 214 kg，升降系統(tǒng)質(zhì)量3 154 kg，行走系統(tǒng)質(zhì)量2 860 kg。登機(jī)橋與飛機(jī)相距不到0. 5 m時(shí)，登機(jī)橋進(jìn)入設(shè)定的蝸速模式，初始速度v1＝0. 18 km／h。

由式（1）～（3）可得出登機(jī)橋?qū)τ莻鞲衅鳑_擊力F和時(shí)間t的關(guān)系。本文僅分析靠接時(shí)間分別在10 s 區(qū)間內(nèi)不同時(shí)間段內(nèi)登機(jī)橋靠接時(shí)對(duì)迎角傳感器沖擊力的變化。圖6 所示為沖擊力與時(shí)間的關(guān)系，沖擊力F在1 ～2 s靠接時(shí)間內(nèi)有個(gè)大坡度的下降，2 s 之后呈緩慢下降趨勢(shì)。因此只需要增加靠接時(shí)間，即降低登機(jī)橋靠接速度，即可以避免非正?？拷訝顩r下登機(jī)橋?qū)787機(jī)型的迎角傳感器產(chǎn)生較大的沖擊力。

圖6 沖擊力與時(shí)間的關(guān)系

5 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)沖量定理，對(duì)登機(jī)橋左側(cè)遮篷靠接B787 機(jī)型時(shí)與飛機(jī)迎角傳感器發(fā)生干涉的問(wèn)題展開(kāi)理論分析，提出增加靠接時(shí)間，以降低非正常靠接下登機(jī)橋與飛機(jī)迎角傳感器發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。通過(guò)增加登機(jī)橋左側(cè)遮篷與迎角傳感器Z向的安全緩沖距離，提出4 種有效解決方案，最后從干涉風(fēng)險(xiǎn)、墜落風(fēng)險(xiǎn)、接機(jī)難度、實(shí)施難度方面展開(kāi)分析比較，決定采用在接機(jī)口前沿增加100 mm過(guò)渡梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。

改進(jìn)后的五座登機(jī)橋靠接B787 機(jī)型前門時(shí)，登機(jī)橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離均在210 ～310 mm之間，能夠有效消除登機(jī)橋接機(jī)口與B787 迎角傳感器干涉的風(fēng)險(xiǎn)，滿足靠接B787 機(jī)型前門的保障要求。