民航座椅偏心前地腳對飛機導軌的應力影響研究

摘要：對于民機座椅椅腿鎖緊裝置，因鎖緊裝置與座椅椅腿不同心，當座椅椅腿鎖固定在飛機導軌上時，在擰緊力矩作用下的過程中，有可能會在導軌上、下表面產(chǎn)生交變的預應力，造成導軌產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，損害飛機導軌，使飛機存在重大的安全隱患。根據(jù)波音飛機對導軌的預應力作用下的載荷要求，對某座椅的椅腿鎖預緊載荷進行研究，獲取不同固定力矩作用下椅腿鎖對導軌的交變載荷數(shù)據(jù)，為民機座椅椅腿鎖裝置設(shè)計和固定力矩設(shè)定提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：民機座椅椅腿鎖交變載荷應力腐蝕

ResearchontheStressInfluenceofEccentricFrontAnchorofCivilAviationSeatsonAircraftGuideways

LILeizi

HubeiAerospaceJiataiAircraftEquipmentCo.，Ltd.，Xiangyang，HubeiProvince，441003China

Abstract：Forthelockingdeviceofaircraftseatleg，duetothedifferentcenterbetweenlockingdeviceandtheseatleg，whentheseatleglockswerefixedontheaircraftguidway，itmaycausealternatingprestressingontheupperandlowersurfacesoftheguidewayunderspecifictighteningtorque，whichmaycausestresscorrosioncracksinguidewayanddamagethe?;aircraftguidway，posingmajorsafetyriskstotheaircraft.Inthispaper，accordingtotheloadrequirementsofBoeingaircraftundertheprestressoftheguideway，BasedontheloadrequirementsofBoeingaircraftundertheprestressoftheguideway，astudywasconductedonthepretighteningloadoftheseatleglockofacertainseattoobtainthealternatingloaddataoftheseatleglockontheguidewayunderdifferentfixedtorque，providingabasisforthedesignoftheseatleglockdeviceandthesettingoffixedtorqueforcivilaircraftseats.

KeyWords：Aircraftseat;Seatleglock;Alternatingload;Stresscorrosion

隨著科技進步和技術(shù)發(fā)展，人們對乘坐飛機出行的需求越來越高。根據(jù)空客公司發(fā)布的研究報告顯示，中國擁有亞太地區(qū)最為龐大的飛機市場，未來20年的潛在市場價值超過5.8萬億元，民機座椅市場的價值超過1000億元。目前，國外制造商制造的民機座椅占據(jù)了中國民機80%以上的市場。隨著國產(chǎn)大飛機C919的上天，我國已成為世界民航大國，國產(chǎn)“雙干雙支”民機梯隊即將形成。國家“十四五”規(guī)劃中提出了“加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主，國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局”，再加上國際政治環(huán)境的變化，使開展民機座椅的國產(chǎn)化開發(fā)成為當前迫切的需求。在民機座椅研發(fā)過程中，座椅與飛機的結(jié)構(gòu)是設(shè)計的重點和難點，既要保證座椅與飛機的有效連接以供乘客使用，同時也要避免長時間使用后座椅系統(tǒng)對飛機導軌產(chǎn)生損壞，引發(fā)適航安全問題。本文主要以裝在波音B737飛機上的國產(chǎn)民機座椅為研究對象，對民機座椅與飛機導軌連接的椅腿鎖設(shè)計技術(shù)進行研究，重點解決椅腿鎖對飛機導軌的應力腐蝕問題。

1飛機座椅椅腿鎖結(jié)構(gòu)特點

民機旅客座椅通過座椅椅腿上的前地腳螺柱和后椅腿鎖與飛機導軌連接，通過施加力矩緊固，從而使座椅固定供旅客乘坐[1]。根據(jù)地腳螺柱中心線與壓塊中心線是否同心，旅客座椅前地腳可分為同心前地腳和偏心前地腳，具體如圖1所示。

同心前地腳和偏心前地腳在設(shè)計上各有優(yōu)缺點。同心前地腳使用時，不會在導軌上產(chǎn)生交變應力，不會損傷導軌，但是，該設(shè)計不便于座椅的快速安裝與拆卸[2]，需要在飛機上為座椅配備專用工具；偏心前地腳能夠?qū)崿F(xiàn)座椅的快速安裝與拆卸，不需要專用拆卸工具，使用方便，但是，這種偏心設(shè)計因為飛機導軌有兩個接觸點，在使用一定力矩固定后，在導軌表面產(chǎn)生預緊力，若預緊力超出一定量級，在長期使用過程中會在導軌上下表面產(chǎn)生交變應力，造成導軌產(chǎn)生應力腐蝕裂紋，損害飛機導軌，存在重大的安全隱患。如圖2和圖3所示。

對于偏心前地腳設(shè)計，波音裝機規(guī)范D36238中明確要求，對于安裝于飛機上的民機座椅偏心前地腳設(shè)計，需保證地腳螺柱在其安裝力矩作用下對導軌的預應力R1不超過規(guī)定值（對于波音737飛機預應力不錯過550磅，即2447.5N），如表1所示。

2座椅前地腳預緊力理論轉(zhuǎn)化

針對某型安裝在波音737飛機上的經(jīng)濟艙旅客座椅前地腳開展理論分析，獲取座椅前地腳在安裝力矩下對導軌的應力情況[3]。該座椅前地腳采用偏心設(shè)計，其安裝力矩為（5.1±1.1）N·m。

針對該款座椅偏心前地腳設(shè)計，通過經(jīng)典理論公式，計算其對導軌的應力，驗證預緊力水平是否超過飛機導軌要求要求。因為該應力是座椅地腳螺柱與導軌內(nèi)表面接觸處的應力，不易測量，所以需要通過間接的方法計算。根據(jù)椅腿與前地腳的裝配關(guān)系，推導該應力的計算公式，椅腿與前地腳的裝配關(guān)系如圖4所示。

在座椅設(shè)計中，只要保證F不大于2325.2N，即可保證R1小于550磅。

3壓塊對導軌力的理論計算

計算壓塊對導軌的力F時，因為前地腳處的機械機構(gòu)是螺紋擰緊，所以，根據(jù)機械設(shè)計手冊中螺紋預緊力的計算公式計算，計算壓塊對導軌的壓力F[4]。

為為壓塊表面與螺柱端面之間摩擦系數(shù)。根據(jù)螺紋預緊力的計算公式，本文分別對民機座椅前地腳使用英制粗牙螺紋3/8-16UNC、英制細牙螺紋牙3/8-24UNF、公制粗牙螺紋M10×1.5、公制細牙螺紋M10×1，且力矩范圍為4N·m、4.5N·m、4.1N·m、5.5N·m、6N·m、6.2N·m時，壓塊對飛機導軌的壓力理論計算數(shù)據(jù)如表2所示。

4試驗驗證

4.1試驗工裝

針對某型實際安裝波音飛機的民機座椅，設(shè)計專用工裝，開展前地腳壓塊壓緊力測量，獲取壓塊對導軌的壓力F。該測試工裝包括力傳感器、固定支架組成，工裝如圖5所示。

4.2試驗程序

1. 固定傳感器，調(diào)節(jié)螺栓，將椅腿鎖裝置安裝到固定支架上[5]。（2）將固定支架固定到地面。（3）調(diào)節(jié)椅腿鎖裝置上的緊固螺栓，使椅腿鎖壓塊完全接觸傳感器上端面。（4）進行傳感器清零。（5）拍照并記錄試驗前載荷數(shù)據(jù)。（6）使用扭矩扳手對椅腿鎖機構(gòu)施加力矩，分別為4.0N·m、4.5N·m、5.1N·m、5.5N·m、6.2N·m。（7）記錄施加力矩傳感器測試載荷。（8）每個試驗工況重復3次。

4.3試驗測試

分別選取民機座椅3組前地腳組件的試驗件對其測量螺紋預緊力[6]，該組件設(shè)計使用的為英制細牙螺紋。2017年8月，在中國航空救生研究所靜力試驗室分別對3組前地腳進行了測量，分別側(cè)取了4.0N·m、4.5N·m、5.1N·m、5.5N·m、6.2N·m力矩作用下前地腳的壓緊力，多次測量每組試驗件，記錄平均值，結(jié)果如表3和圖6所示。

5結(jié)語

通過對波音飛機導軌研究發(fā)現(xiàn)，民機座椅導軌在特定情況下會對飛機導軌產(chǎn)生損壞，存在適航安全風險，在座椅椅腿鎖設(shè)計時，需要通過計算和測試的方法確定椅腿設(shè)計中的螺紋類型選擇，鎖定力矩設(shè)定。常見螺紋中，當預緊力矩不大于6.5N·m時，座椅前地腳對飛機導軌的應力腐蝕問題可以得到有效改善。

本文只針對波音B737飛機導軌進行了研究。針對國產(chǎn)大飛機座椅導軌，因為材料和結(jié)構(gòu)的不同，未來仍需要做進一步的分析研究，以確保國產(chǎn)民機座椅對國產(chǎn)大飛機導軌不會產(chǎn)生應力腐蝕問題。

參考文獻

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