民用飛機艙門密封結構研究

武戎戎

（上海飛機設計研究院 上海 201210）

民用飛機艙門密封結構研究

武戎戎

（上海飛機設計研究院 上海 201210）

隨著航空事業的快速發展，對飛機整體結構性能也提出更高的要求。而在這些結構中，艙門密封結構是設計中需考慮的重要問題之一，結構密封性是否較高，將直接影響飛機安全運行目標的實現，尤其在較多影響因素存在下，如密封件、結構剛度以及其他因素等，都會成為決定結構密封性的關鍵所在，要求實際設計中做好影響因素分析，并采取相應的完善策略。本文主要對飛機艙門密封結構影響因素、提升飛機艙門密封結構綜合性能的相關建議進行探析。

飛機艙門結構；密封性；影響因素；完善

前言

密封艙設計作為當前飛機選用的主要方式，其質量高低將決定飛機的綜合性能。特別現代飛機設計中不斷將先進的技術與構件引入其中，要求氣密艙在密封性上不斷強化。然而如何使密封結構質量得以保障，又成為現行理論與實踐研究中的重點內容，盡可能對其中存在的影響因素進行控制，在此基礎上提出密封結構設計的相關方法，以此達到密封結構性能提升的目標。因此，本文對飛機艙門密封結構研究，具有十分重要的意義。

1 飛機艙門密封結構影響因素分析

1.1 密封結構受結構剛度的影響

對于密封結構的性能，其存在的影響因素集中表現在密封形式、鉸鏈布置、結構剛度以及制造裝備精度。以其中的結構剛度為例，其是造成密封結構變形問題的主要原因，密封性能由此受到影響。從機身整體結構看，一般門區是主要應力部分，較多壓力荷載對會作用其中，如對機身扭矩、機身彎矩以及軸向力等，當艙內處于增壓狀態時，門框會對其中產生的壓力荷載起到承受作用。假若艙門在承重性能上不足，便會導致結構變形問題出現。因此，在結構剛度問題控制中，要求對門區、艙門結構等設計時做好剛度分析，判斷出現承載結構的變形問題，以及變形量大小等，這樣才可保證結構的密封性得以提高[1]。

1.2 密封件對艙門密封性的影響

密封件應用是否合理也是影響艙門密封性的主要因素。一般密封結構設計中，需充分考慮到結構變形匹配、密封件截面形狀等，假若未對這些因素控制，將會帶來較多弊端。如其中應用的密封帶不具備較強的剛性，其會導致結構間隙較小，這樣關閉艙門過程中很容易有夾帶、堆積等問題產生，且因密封帶不會出現較大變形量，這樣對于門區結構、艙門等變形的補償很難發揮作用。實際上，有較多不同類型密封件種類都會影響密封結構，如以截面形狀為依據，可細化為墊條密封帶、氣胎式密封帶、隔膜密封件等為主。本文在研究中，主要選取三種不同類型密封結構，對其結構優勢與弊病進行分析。①隔膜密封結構。該結構實現中要求對密封件前后壓差進行利用，通過該密封形式達到提升密封性的目標。需注意的是盡管這種方式應用下所引入的隔膜密封帶不具備較強的承載力，且安裝過程較為復雜，加上飛機實際運行中，空氣會對密封帶產生一定的破壞作用。②爪型密封結構。該類型結構實現中，要求在密封表面上裝設密封帶爪形部分，以此完成密封過程。其存在的弊病主要表現在密封帶受損情況較為嚴重，尤其在邊緣處表現極為明顯，容易產生泄漏問題。③管狀密封件。這種類型結構要求借助座艙壓力，使門框、密封帶二者能夠達到擠壓密封的要求。一般這種方式又可細化為壓密封與擠密封兩種形式，前者強調控制壓縮量，而后者需保證門框、密封帶有摩擦作用。

1.3 其他影響因素

對于結構密封性影響較為明顯的也包含其他較多因素，如艙門鉸鏈、鎖閂數量等。以鉸鏈為例，其在形式與安裝位置上是否合理將對密封形式產生極為明顯的影響。對于這些影響問題，實際分析中通常要求引入相關的參數指標，如轉軸半徑、轉軸中心與鉸鏈中心距離、艙門閉合中位移情況等，保證對這些參數合理分析，并結合艙門運動軌跡，在此基礎上對鉸鏈布置形式、安裝形式等進行選擇，可使密封性得以保障。若這些參數未得到有效分析，便會對密封結構帶來嚴重影響。此外，對于飛機艙門密封結構，制造裝配過程對其影響也極為明顯，如其中涉及的裝配應力、艙門周圈間隙以及鉸鏈配合精度等，任一裝配工序不合理，都可能帶來結構變形問題。因此，實際裝配過程中，應注意以相關設計標準為依據，對較多零件如觸塊、觸點、鉸鏈等做好定位工作，且注意裝配結束后嚴格檢查其中的間隙，以此使裝配質量得到保障[2]。

2 飛機艙門密封結構設計的相關建議

2.1 密封結構設計中的計算分析

艙門密封結構設計中，主要需考慮到結構協調變形問題，判斷艙門在不同氣動荷載作用中表現出的位移變化。具體分析過程中，一般可考慮進行有限元模型的構建，這樣可直接通過對結構在虛擬載荷中承重力表現，對相關零件如觸塊、觸點位置進行確定，協調可能出現的變形問題。具體實現中可細化為三個步驟：①對艙門結構參數、布置形式進行確定，并判斷結構變形指標；②引入相應的軟件如Nastran，完成有限元模型的構建，在此基礎上對艙門縱向位移、艙門結構變形、門區結構變形等在極限載荷情況的表現判斷，這樣可得到變形部位實際情況，使變形量得到有效控制；③對艙門結構變形進行驗證，分析其中密封帶是否可發揮其補償能力等[3]。

2.2 三維模型的構建與驗證方法

做好三維模型構建，其實質是對工藝可達性、結構裝配協調等做好判斷工作，使艙門運動在模型中進行仿真模擬，完成容差性能確定過程，且注意在模型中對裝配制造中的相關精度問題進行分析。完成所有模擬仿真后，需引入相應的驗證方式，包括功能測試、疲勞測試、氣密測試等，保證所有如結構協調性能以及密封性能較高，這樣才可將方案具體運用到設計中[4]。

3 結論

艙門密封結構設計是否合理是影響飛機綜合性能的關鍵性因素。實際設計中，應正確認識到其中存在的影響因素，如結構剛度、密封帶以及其他鉸鏈等，在此基礎上采取針對性的控制措施，通過相應的計算與驗證，使艙門結構密封性、協調性等都得到提高。

[1]劉偉，劉志群，趙曉博，席寶安，岳珠峰.飛機艙門密封結構的氣密可靠性研究[J].材料工程，2012，04：47～51.

[2]陳付奎，張惠兵.淺談飛機艙門的密封[J].山東工業技術，2013，12：31.

[3]馬 瑩.飛機艙門密封設計研究[J].價值工程，2011，28：29～30.

[4]黃楓，劉若斯，柯玉超，李成祥，竇寶峰，羅歡，姚學鋒.艙門橡膠密封件壓縮行為的有限元模擬[J].航空制造技術，2013，06：83～88.

V223.9

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1004-7344（2016）14-0317-01

2016-4-25