基于鑄造成型的民用客機(jī)登機(jī)門鉸鏈臂拓?fù)鋬?yōu)化研究

楊小軍

摘 要 大型民用客機(jī)登機(jī)門普遍采用平移外開(kāi)的運(yùn)動(dòng)形式，是艙門相關(guān)適航條款要求下的設(shè)計(jì)迭代和航空公司選擇的結(jié)果。作為將艙門懸掛在機(jī)身結(jié)構(gòu)上的鉸鏈臂，也隨著艙門設(shè)計(jì)的演進(jìn)而定型。國(guó)外運(yùn)用鑄造的盒式結(jié)構(gòu)來(lái)制造登機(jī)門鉸鏈臂，國(guó)內(nèi)由于鑄造工藝限制，采用機(jī)加的桁架式結(jié)構(gòu)。本文基于某型商用客機(jī)研制平臺(tái)，利用計(jì)算分析確定了登機(jī)門鉸鏈臂的載荷工況，基于鑄造成型對(duì)鉸鏈臂進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果針對(duì)鑄造工藝進(jìn)行數(shù)模完善和進(jìn)一步優(yōu)化，得到可用于鑄造的零件數(shù)模。

關(guān)鍵詞 民機(jī)；側(cè)掛；鉸鏈臂；拓?fù)鋬?yōu)化；鑄造

中圖分類號(hào) V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0237-02

民用客機(jī)登機(jī)門鉸鏈臂并不承受機(jī)身增壓載荷，僅在艙門開(kāi)啟關(guān)閉過(guò)程中承受門自身重力。鉸鏈臂的功能需求決定了剛度是其主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，垂向及扭轉(zhuǎn)剛度直接影響艙門在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性。本文所述的工作是在鉸鏈臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將拓?fù)鋬?yōu)化和鑄造的先進(jìn)工藝有效結(jié)合，在提高垂向和扭轉(zhuǎn)剛度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)件的有效減重。

1 鉸鏈臂受載分析

鉸鏈臂的受載形式與艙門的運(yùn)動(dòng)方式密切相關(guān)，世界著名的飛機(jī)制造商空客公司是平移外開(kāi)式登機(jī)門的忠實(shí)擁護(hù)者。其運(yùn)動(dòng)如下圖1，鉸鏈臂一側(cè)連接在艙門結(jié)構(gòu)上，一側(cè)連接在門框結(jié)構(gòu)上，艙門向（客艙）外向（航向）前平移打開(kāi)，最大打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，艙門與機(jī)身外形平行。

2 鉸鏈臂拓?fù)鋬?yōu)化

剔除非優(yōu)化區(qū)域后的鉸鏈臂模型如下圖4所示。

選取國(guó)外某型成熟單通道干線飛機(jī)的登機(jī)門鉸鏈臂進(jìn)行了研究，該鉸鏈臂采用鑄鋁成型，重量約為8.41kg。因此拓?fù)鋬?yōu)化目標(biāo)為：應(yīng)用相同的材料，相同的載荷工況，優(yōu)化后的鉸鏈臂與參考鑄件鉸鏈臂的剛度相當(dāng)或更好，重量不超過(guò)參考鉸

鏈臂。

以既定的載荷荷優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)圖4所示剔除非優(yōu)化區(qū)域之后的鉸鏈臂進(jìn)行優(yōu)化，共進(jìn)行了四輪優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果如下圖5

所示。

上述工況下，拓?fù)鋬?yōu)化的鉸鏈臂達(dá)到了與參考機(jī)型相當(dāng)?shù)膭偠人剑设T造成型，第四輪優(yōu)化方案的重量為7.6kg，比參考機(jī)型鉸鏈臂的8.6kg重量減輕12%；比機(jī)加成型的桁架式結(jié)構(gòu)鉸鏈臂結(jié)構(gòu)，重量更減輕約50%。

3 結(jié)論

本文針對(duì)平移外開(kāi)式艙門普遍采用的側(cè)掛式鉸鏈臂，給出了鉸鏈臂載荷的計(jì)算方法，并基于鑄造成型對(duì)鉸鏈臂進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。側(cè)掛式鉸鏈臂的受載形式?jīng)Q定了封閉盒式結(jié)構(gòu)是最有效的設(shè)計(jì)，因此鑄造成型是側(cè)掛式鉸鏈臂的最佳成型

方式。

本文所述的計(jì)算分析方法可方便應(yīng)用于側(cè)掛式鉸鏈臂的載荷分析過(guò)程，并為鉸鏈臂的拓?fù)鋬?yōu)化提供

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