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      翻轉(zhuǎn)折疊式內(nèi)置登機(jī)梯的可收放性研究

      2022-08-18 05:59:12許小妹余志明金媛媛
      教練機(jī) 2022年1期
      關(guān)鍵詞:口蓋滑軌登機(jī)

      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。

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