民用飛機貨艙門琴鍵鉸鏈選材分析

盧燚鈞上海飛機設計研究院，上海　201210

?

民用飛機貨艙門琴鍵鉸鏈選材分析

盧燚鈞
上海飛機設計研究院，上海201210

摘要本文通過對某型民用飛機貨艙門琴鍵鉸鏈在采用三種不同材料時，受到載荷工況作用下的情況進行比較，得出一種既滿足強度要求又盡可能滿足飛機減重需要的材料選用方案，用于民用飛機貨艙門琴鍵鉸鏈的設計工作。

關鍵詞民用飛機；琴鍵鉸鏈；材料

民用飛機貨艙門是實現飛機貨物、旅客行李裝載的重要部件。貨艙門不僅提供進入貨艙的通道，而且參與全機受力，在飛機飛行時承受增壓載荷。所以必須保證貨艙門有足夠的強度。某型飛機貨艙門在艙門關閉時，主要通過琴鍵鉸鏈以及閂和機身連接，艙門打開時，艙門主要通過琴鍵鉸鏈以及提升機構和艙門連接。

琴鍵鉸鏈主要實現2個功能，飛機飛行時艙門關閉處于增壓狀態，鉸鏈主要傳遞機身剪力、艙壓載荷，當飛機泊位艙門打開時，琴鍵鉸鏈又將懸掛艙門承受艙門的重力和動力裝置載荷。

本文對某型飛機貨艙門琴鍵鉸鏈進行分析，通過比較采用不同材料下的琴鍵鉸鏈受載情況，最終確定琴鍵鉸鏈的材料。

1　材料選用

目前，民用飛機結構主要采用鋁合金、鈦合金、鋼材等幾種材料。7050鋁合金具有高強度、高韌性、良好的抗應力腐蝕和斷裂韌性等特點；鈦合金具有高強度、耐磨性好、耐蝕性好、耐熱性高、塑性韌性高等特點；不銹鋼具有高強度、高硬度、耐腐蝕性好等特點［1］。本文通過對貨艙門琴鍵鉸鏈在采用7050鋁合金、Ti-6Al-4V鈦合金、15-5PH不銹鋼等幾種不同材料下的受載情況分別進行分析比較，以確認一種合適的琴鍵鉸鏈材料方案。

2　有限元模型

琴鍵鉸鏈由5段鉸鏈構成，中間段為412.4mm，兩端長度為286.6mm，其余2段為264.4mm，鉸鏈間的間隙為2mm。這樣的設計可以限制鉸鏈的裂紋擴展，保證疲勞壽命，同時提高鉸鏈的生產工藝性以及裝配工藝性。琴鍵鉸鏈基本形式如圖1所示。

本文對琴鍵鉸鏈采用實體單元建模，采用Hyperwork有限元分析軟件對貨艙門琴鍵鉸鏈進行分析。有限元模型如圖2所示。

圖1　琴鍵鉸鏈基本形式

圖2　琴鍵鉸鏈有限元模型

琴鍵鉸鏈主要受增壓艙氣密工況以及飛行載荷工況，由于增壓艙氣密工況載荷較大，故僅取增壓艙氣密工況載荷進行分析。根據極限載荷工況計算，琴鍵鉸鏈單個耳片最大載荷為11 606N。

3　計算及分析結果

根據極限載荷工況結果，對分別采用3種材料的琴鍵鉸鏈進行計算分析，所得結果如表1所示。由于琴鍵鉸鏈由5段鉸鏈構成，分別列出每段的分析結果，1、5分別對應兩端，3對應中間段，2、4對應其他兩段。

通過分析，發現琴鍵鉸鏈兩端受力較大，中間幾段受力較小；位移變形也是兩端較大，中間較小。

通過表1材料性能的比較，在采用7075-T7451的算例中，琴鍵鉸鏈兩端的應力接近7075-T7451的最大

表1　琴鍵鉸鏈分析結果

許用應力，比較危險；采用Ti-6Al-4V、15-5PH的算例中，琴鍵鉸鏈所受應力均在材料的許用應力范圍之內。

通過分析比較，可以知道琴鍵鉸鏈在兩端的受力較大，接近7075-T7451鋁合金材料的最大許用應力，采用7075-T7451鋁合金材料比較危險，應盡量采用Ti-6Al-4V鈦合金和15-5PH不銹鋼材料；琴鍵鉸鏈其他部分受力較小，本文分析的3種材料均可滿足需要。

考慮到盡可能減輕飛機重量以及加工工藝性要求，琴鍵鉸鏈兩端應采用Ti-6Al-4V鈦合金材料，其他部分采用7075-T7451鋁合金材料。這樣既滿足了極限載荷工況下的強度要求，又盡可能的減輕飛機重量，是一種滿足綜合性能要求的材料選用方案。

4　結論

本文通過對貨艙門琴鍵鉸鏈在采用3種不同材料時，受到極限載荷工況作用下的情況，使用有限元軟件進行分析，得出一種既滿足強度要求又盡可能滿足飛機減重需要的材料選用方案，用于民用飛機貨艙門琴鍵鉸鏈的設計工作。

參考文獻

［1］飛機設計手冊總編委會編.飛機設計手冊［M］.航空工業出版社，2000.

中圖分類號V25

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0227-01

作者簡介：盧燚鈞，上海飛機設計研究院。