飛機地板特性與面向制造設計

照那斯圖

摘 要：飛機地板是飛機結構的重要組成部分，本文介紹了飛機地板設計要求，分析常用地板結構形式及存在的不足，提出面向制造的飛機地板設計思路和設計方法。

關鍵詞：面向制造；飛機地板；設計

中圖分類號：TU276 文獻標識碼：A

1.飛機地板概述

飛機地板是飛機結構的重要部件，是飛機艙內人員、機載設備、貨物支撐構件。飛機地板不僅承受人員、設備及貨物和其他載荷，同時還參與機身總體受力，起落架艙上部地板和機身油箱上部地板還承受氣密載荷。民機地板一般分為駕駛艙地板和客艙地板，軍機地板一般分為駕駛艙地板及貨艙地板或任務艙地板等。飛機地板是飛機載客或載貨的平臺，在飛機地板布置時盡量最大化地板面積。因此飛機地板已成了主要的結構件，所以飛機地板的設計充分考慮工藝性及裝配效率。目前國內部分民機和軍機地板設計還是采用傳統的地板設計方法隨著材料技術、制造技術和信息化技術的不斷提高，地板設計技術也應該面向制造的設計方法，減少零件數量，減少裝配連接件的數量。

2.飛機地板設計要求

飛機地板是飛機結構的一部分，是人員貨物的支撐平臺，同時參與飛機整體受力，因此飛機地板的設計應滿足以下要求：

（1）地板面積最大化原則

飛機地板的布置，是指在飛機橫截面中確定地板的相對位置。不論民機還是軍機均是一件協調關系復雜且非常重要的事情。地板布置將飛機使用技術要求規定的各種載重、機載設備、任務系統等合理布置在機身內部，同時協調機身與機翼、尾翼、起落架等部件的協調關系，并保證它們的相對位置。運輸機的地板布置充分考慮以上因素的同時兼顧了貨物裝卸方便性。地板布置是總體布局協調的重要環節，地板布置與飛機使用要求和技戰術要求有著密切關系。地板布置，依據飛機尺寸，充分兼顧載客量、經濟性、行李艙容積、飛機翼身連接形式等等多個因素。

（2）強度剛度要求

地板要承受人員貨物載荷且參與飛機整體受力，軍用飛機貨運地板還具備空投空降，集中貨物和散貨運輸功能，飛機地板必須具備滿足強度剛度要求。

（3）工藝性要求

由于飛機地板面積較大，零件數量多，裝配要素多，地板設計中應考慮工藝性，應采取模塊化的設計方法。

（4）維修性要求

飛機地板下布置有行李艙、設備艙等艙及設備，因此飛機地板滿足維修性要求。

3.飛機地板的常用結構形式分析

飛機地板一般在機身壁板的框為基準鋪設。在地板上布置地板滑軌、系留環、各種檢查、維護口蓋。人員、座椅及設備、貨物的慣性載荷通過地板縱梁、橫梁及地板面板傳到機身框及壁板上，地板上縱向盒形件對地板板面進行加強，以提高地板剛性，使作用在地板面板上的載荷能傳至地板縱橫梁上。

常用飛機地板一般分為地板骨架和地板面板。飛機地板骨架由地板橫梁和縱梁組成。橫梁由上緣條、下緣條、腹板及立柱組成?？v梁一般分為加強縱梁和普通型材縱梁。橫梁在機身壁板的框緣上生根，常規設計每個框位均設計橫梁。兩個橫梁之間鋪設多個縱梁。橫梁和縱梁的剖面設計根據載荷來確定。常用的橫梁剖面有“工”字形，“”字形，部分民機采取“S”形板彎件地板橫梁。常用縱梁剖面有“工”字形，“T”字形。橫梁與機身框緣用螺栓和鉚釘連接，橫梁與縱梁之間通過角盒接頭來連接。典型地板骨架如圖1所示，典型橫梁剖面如圖2所示。

地板的面板一般分為金屬板和復合材料面板。常用的金屬面板有鋁合金平板和鋁合金方格板，厚度一般在1mm～1.5mm之間。復合材料面板一般采用夾層結構，兩個面板之間夾泡沫塑料、輕質木材或其他加強材料。復合材料面板周圍鑲有金屬或硬質塑料邊條，用于復合材料地板的固定和安裝。

4.面向制造的飛機地板設計

由于地板面積較大，傳統的地板結構形式雖然能滿足使用要求，但零件數量多，連接緊固件多，裝配要求復雜，裝配效率低。運8某飛機前段貨艙地板為例，長度5m，面積18.7㎡的地板的零件項數為220項，零件件數460件，50多個規格的緊固件數量近2萬件，地板在工裝上裝配周期約15天。

大面積使用型材鉚接的地板結構是20世紀的設計思想，當時由于材料技術、零件制造技術的限制，只能采用拼接的方式。隨著材料技術、制造技術和信息化技術的發展，飛機地板設計技術也有了長足的進步。先進的地板設計不僅滿足強度剛度和使用維護要求外，還充分考慮制造可行性和裝配快速性，也就是說充分考慮制造特性，即面向制造的地板設計技術。面向制造的地板設計有以下特點：

（1）用數字化傳遞數據

面向制造的設計技術是在數字化環境下，有效結合信息化技術、網絡技術、自動化技術和光學檢測與反饋技術，在設計初期充分考慮制零件制造，部件裝配和符合性檢測的要求，飛機裝配過程中實現裝配的數字化、柔性化、信息化、模塊化和自動化，將傳統的依靠手工或專用型架夾具的裝配方式轉變為數字化的裝配方式，將傳統裝配模式下的模擬量傳遞模式改為數字量傳遞模式。

面向制造的設計技術在機械、汽車、醫藥行業應用比較早。在20世紀80年代誕生于西方航空發達國家。1994年歐盟提出“基于協作性多功能操作機器人的航空產品柔性裝配系統”，其最終目的是實現數字化裝配。

數字化裝配技術從根本上改變了飛機制造方法。數字裝配方法有效解決了傳統制造方式的周期長、返工率高、質量低、精度低、風險大和成本高的問題，給飛機研制開辟了嶄新的道路。

（2）結構零件高度融合

面向制造的設計技術，充分考慮零件成型與裝配技術，同一個零件兼顧多個零件的作用。通過零件高度融合達到減少零件數量，減少制造裝備數量，同時達到節約成本，縮短裝備周期，提高裝配精度。

洛克希德馬丁公司牽頭研制JSF戰斗機的原型機時，采用數字化裝配技術，使裝配周期縮短67%，工裝數量由350件減少至19件，成本降低了50%，出錯率減少了80%，總裝一次成功完成。

（3）加大“三化”設計

面向制造的設計技術注重“三化”。加大產品的模塊化、系列化和通用化，盡量加大通用件和共享零部件。地板橫梁零件應采取模塊化設計。另外，零件剖面選擇取、設計分離面的選取應充分考慮數字化裝配工藝性。

結語

飛機地板設計是貨運飛機和民機主要設計內容。隨著網絡技術、信息技術的發展，面向制造的設計已成了主要設計技術。面向制造的設計技術在歐美發達國家發展迅速并對各國的制造業產生了深遠的影響。在后續飛機設計中研究和應用面向制造的設計技術，通過面向制造的設計技術加快產品研發速度，降低成本、提高質量，為企業發展做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]王志瑾，姚衛星.飛機結構設計[M].北京：國防工業出版社，2004.