某型飞机舱门机构优化研究

发布时间：2020-10-23 07:32

　　 舱门作为大型飞机特别是民用飞机中重要且特殊的运动部件,一般包括登机门、货舱门、服务门和应急舱门等。长期以来,我国都缺乏关于大型飞机舱门部件的研究。在民用飞机领域中,与麦道公司的合作生产均是采用直接进口的方式处理舱门等部件,而在转包生产过程中,尽管各制造厂为波音、空客等先进企业制造了各类舱门部件,但是具体设计业务没有分给我们,仅仅局限于简单制造。舱门主要包括结构和机构,其设计必须满足刚度、强度、疲劳、可靠性等要求。本文系统地开展了相关研究工作:总结了空间机构运动学分析的理论基础,对空间构件位姿描述、坐标变换方法等进行了概述。总结了飞机舱门的组成、分布以及开合形式,对舱门机构的组成进行了分解,对其运动机理进行了分析。以CATIA软件的KIN模块作为平台,进行了飞机舱门机构的运动学仿真,获得了舱门开合过程中的空间路径。通过开展登机舱门结构优化设计研究,完成了以下工作内容:根据舱门结构CAD模型和载荷数据,建立了结构有限元模型,完成了结构初始设计方案的有限元分析和强度校核;根据有限元分析结果,在满足初始强度和刚度不减小的情况下,提出了两种优化方案,并且都满足各项约束;建立了舱门机构仿真模型,对初始设计方案进行验证,并无缺陷。考虑了舱门完全关闭时密封带压缩量的影响,提出了两种减小手柄力的改进方案。建立了机构可靠性优化模型,提出了机构运动精度的可靠性优化算法并对舱门拉杆机构进行了分析优化,证明了所提出方法的可行性和有效性。通过开展维护舱门结构动力学分析与仿真,进行了舱门动力学建模,并进行了刚柔耦合验证分析,模型建模准确,计算结果可靠;经过三种方案对比,考虑结构和多体动力学因素,确定采用双侧对称布置气弹簧的结构,门体打开后通过机构气弹簧过死点的设计锁定机构;同时根据实际的试验维护舱门状态对有限元模型进行建模与更新.考虑密封带的因素,最终与实验对比结果一致。本文对某型飞机舱门机构进行了优化设计研究,研究成果可以作为诸如飞行器、汽车、船舶等装备中品质分析与改善的方法基础。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V223.9
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章 绪论1.1 研究背景及意义舱门机构是现代飞行器的典型应用，具有多种类型，如起落架及其舱门收放机构、内埋弹舱舱门收放机构、多点多锁后货舱门收放机构等[1]，见图 1-1所示。在当今军用、民用飞行器设计领域，舱门机构设计具有越来越重要的意义。

图 1-2 某型飞机机上舱门分布图飞机舱门直接影响着飞机的安全，从其结构上说，飞机舱门部分会导致机身结构的开口，从而影响结构的完整性和安全性，从弹性力学和结构力学的角度上说，结构开口其实可以看作是结构大的缺陷，缺口周边会出现严重的应力集中和参差屈曲现象，影响结构的安全。从其功能上说，舱门能否正常打开，直接影响到飞机能够完成预定的任务；打开速度是否符合要求，直接影响到机上旅客或乘务人员的应急撤离时间，直接影响人员的安全。若舱门设计过弱，则容易造成舱室泄压，影响旅客和货物安全，严重时可能影响飞机的气动性能，甚至可能导致飞机高空解体；同时舱门设计也不能过强，否则会导致机体结构重量增加，进而增加油耗，不利于其经济性。据统计，2011 年至 2105 年，空客公司 A320 飞机共发生舱门故障 50 余起，其中有 21 余起导致航班无法正常运行。飞机舱门的设计的依据是飞机的正常工作环境，由于高空空气稀薄，氧气浓度低的原因，为了保证机内人员的安全，同时也为了保证飞机这个复杂结构

图 1-3 堵塞式舱门 图 1-4 半堵塞式舱门图 1-4[4]是半堵塞式舱门的典型结构图，与堵塞式舱门相同，半堵塞式舱门的开启方式同样也是向内开启，但完全开启后舱门位于机身外部[2]，这种舱门形式相比于堵塞式舱门而言，保留了其安全性优势，即在舱门关闭的情况下，舱体内部的增压有利于提高舱门的气密性，同时又具有堵塞式舱门不具备的优势，其打开时不占用机体内部空间，因而应用较为广泛。为保持较好的气密性，处于关闭状态时舱门尺寸能够塞住门框，某型飞机其登机门采用“堵塞式”设计。出于使占据空间最小化的目的，登机门的打开方式采用“外开式”，即门打开的方向是由里向外打开。中美等国民航法规如CCAR-25 部、FAR-25 部均规定了各类民用飞机的开口要求、登机舱门的站位以及外形面等数据信息，可作为舱门综合设计的依据，军用飞机亦可将其作为参考。舱门承受增压舱的压差载荷，其结构主要包括铝合金框架和内、外蒙皮，其机构由收放机构和锁定机构组成，与其结构优化相比，机构优化更为复杂[5]。
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本文编号：2852720