民用飛機客艙儲藏設施的設計和適航驗證方法

楊五一 /

(上海飛機設計研究院，上海201210)

0　引言

對民用飛機來說，客艙環境是乘員直接接觸的生活空間，客艙整體設計的好壞(包括儲藏設施)會影響到客艙的舒適性。客艙環境主要由廚房、盥洗室、儲藏設施等生活設備和上下部壁板、地毯等裝飾件組成。其中儲藏設施主要包括頭頂行李箱(以下簡稱行李箱)、儲藏室、衣帽柜、狗窩式儲藏箱、雜志架和雜物袋等，這些設備為旅客隨身攜帶的物品和部分客艙應急設備提供存放空間。作為整個客艙內部設備和裝飾的重要組成部分，儲藏設施的設計在安全性、舒適性等方面影響著乘員的飛行體驗。因此，如何提供既滿足安全性和功能性要求，又能滿足舒適性要求的客艙儲藏設施，成為民用飛機客艙設計領域的重要課題之一。

1　主要設計輸入

1.1 客艙布置圖和剖面圖

通常情況下，客艙布置圖中會定義行李箱、儲藏室、衣帽間等儲藏設施在客艙中所處的具體位置，并在客艙典型剖面圖中對客艙內部的輪廓進行定義，包括過道寬度、入座高度等指標都會進行量化。這些位置和輪廓將為包括儲藏設施在內的客艙內部設施提供頂層設計輸入。圖1為典型的單通道飛機客艙剖面圖。

圖1　典型單通道飛機客艙剖面圖(單位：mm)

1.2 適航條款要求

儲藏設施的設計必須滿足中國民用航空規章CCAR25中有關客艙阻燃、強度和安裝方面的要求，涉及的主要條款和內容見表1。

表1　儲藏設施涉及的適航條款及主要內容

2　儲藏設施的設計內容

2.1 結構設計

客艙儲藏設施一般為封閉的箱體式結構，此種結構由箱體和箱門組成，箱體和箱門之間通過鉸鏈機構連接。圖2為幾種常見儲藏設施的結構形式。

圖2　幾種常見儲藏設施的結構形式

結構設計需注意以下幾個方面：

根據CCAR25.787(a)的要求，客艙中每個儲藏設施都必須根據其標明的最大載重，以及規定的飛行載荷情況、地面載荷情況和§25.561(b)的應急著陸情況所對應的最大載荷系數下的臨界載荷分布來設計。

1)根據CCAR25.787(b)的要求，為了防止存放在儲藏設施內的物品在飛行載荷情況、地面載荷情況和§25.561(b)的應急著陸情況所對應的最大載荷系數下因移動而造成危險，客艙儲藏設施必須設置可開啟/關閉的箱門及鎖緊機構。

2)單個行李箱的長度可根據客艙布置的需要進行設計。考慮到維護性因素，并且為了滿足客艙布置快速更改的需要，行李箱長度一般為飛機框距的整數倍。同時，為了減少構型和節約研制成本，所有行李箱的長度應盡量保持一致，且在客艙中對稱布置。

3)在裝有應急設備的行李箱內，應根據客艙布置要求按需增加分隔板，以避免旅客行李和應急設備的相互碰撞。

4)當狗窩式儲藏箱的長度較大時，可將儲存箱安裝在箱門上。此種設計類似于抽屜的形式，當需要拿取物品時，拉出箱門即可。

2.2 連接設計

連接設計是指儲藏設施在飛機結構上的固定形式。根據CCAR789(a)的要求，必須有措施防止儲藏設施在規定的飛行載荷情況、地面載荷情況和CCAR25.561(b)的應急著陸情況所對應的最大載荷系數下因移動而造成危險。這就要求儲藏設施必須牢靠地固定在飛機結構上，常見的連接形式主要有支架、拉桿和座椅滑軌等。位于客艙上部的行李箱通常需要通過支架或者支架和拉桿的組合固定在飛機結構上；而其他儲藏設施則通過底部連接固定在客艙座椅滑軌上。

儲藏設施和飛機結構的連接設計需要注意以下幾個方面：

1)根據CCAR25.625(a)的要求，儲藏設施和飛機結構的連接設計必須考慮至少1.15倍的接頭系數。

2)支架的連接設計應保證載荷合理地傳遞，避免對飛機結構產生附加彎矩。結構框和長桁均不能承受面外載荷，支架厚度應與所連接的結構框或長桁厚度相當。圖3中方案①的連接和載荷傳遞方式就優于方案②。

圖3　兩種不同的支架連接形式

3)支架或拉桿作為客艙的一部分，為了保證儲藏設施尤其是行李箱在整個客艙中從前到后的對齊效果，一般應設計為可調節的形式以補償安裝公差。

4)連接設計需考慮減震降噪的要求，比如可以在接頭與接頭之間、接頭與儲藏設施本體結構之間設置具有減震功能的襯套。

5)對于安裝在地板上的儲藏設施，如果僅靠底部連接不能滿足強度要求時，應在其頂部增加連接點。

2.3 附件設計

儲藏設施的附件主要有鎖機構(包括門把手、鎖緊裝置和鉸鏈機構)、扶槽、掛衣桿、防撞條和密封條等。除鎖緊裝置外，其余附件都較為簡單，這里重點介紹箱門鎖緊機構的原理。

鎖緊裝置通常由鎖勾和鎖閂兩部分組成，它們分別固定在儲藏設施本體結構和箱門上，鎖勾一般和門把手集成安裝在一起。鎖緊裝置原理較為簡單，當需要打開箱門時，拉起門把手，鎖勾即脫離鎖閂。關閉箱門時鎖勾通過推力或壓力滑入鎖閂。圖4為一種鎖緊裝置原理示意圖。

圖4　鎖緊裝置原理示意圖

儲藏設施附件設計應注意的事項：

1)為了提高安全性和可靠性，門鎖一般應設計為雙鎖的形式，即兩個鎖勾；

2)儲藏設施的門鎖盡可能具備狀態指示標識功能，以便在箱門未完全鎖緊時，較容易被乘員發現；

3)根據25.785(j)的要求，如果椅背上沒有牢固的扶手處，則每條過道必須有把手或扶桿，使乘員在中等顛簸氣流情況下使用過道時能夠穩住。這些把手或扶桿通常設置在行李箱上，高度應合適，安裝牢靠，且易于抓握。

2.4 接口設計

根據客艙布置的實際需要，如果有其它系統安裝在儲藏設施上，則需要在儲藏設施上為這些系統提供安裝接口，這些系統通常包括旅客服務裝置(PSU)、空調系統、照明系統、娛樂系統、應急設備和標記標牌等。接口形式通常有提供其他系統所需的安裝導軌、支架和嵌件等。

2.5 材料選用

和客艙內飾其它設備和裝飾基本相同，儲藏設施在材料選用上主要考慮到以下兩條原則：

1) 應滿足CCAR 25.853及附錄F有關阻燃、熱釋放和煙密度要求；

2) 應滿足HB5470-2014所規定的毒性要求。

此外，材料選用時還應考慮易清潔、耐磨和加工工藝等因素。

目前，主流飛機客艙儲藏設施的主結構一般使用蜂窩夾層結構的復合材料。其主要由蜂窩芯層和兩側的預浸布(受力層)組成，其中預浸布可根據需要鋪設2層或多層。作為客艙裝飾的一部分，通常需要在表面覆貼裝飾膜或噴涂裝飾漆層以滿足客艙外觀效果的需要。

3　適航驗證方法

3.1 適航要求

儲藏設施涉及的適航要求主要分為以下兩方面：

1) 材料的阻燃要求，主要為CCAR25.853條款及附錄F中規定的阻燃、熱釋放和煙密度要求及試驗方法和程序；

2) 強度要求，主要為CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等條款中規定的載荷和固定要求。

除上述適航要求外，根據HB5470-2014，儲藏設施所用的材料還需滿足規定的毒性要求及相關試驗程序。

3.2 驗證方法

儲藏設施的適航符合性驗證方法主要分為符合性說明、分析計算和試驗室試驗等。符合性說明為最基礎、綜述性的適航文件，主要用來說明設計所用材料、方法和方案等滿足適航要求；分析計算主要提供對強度條款的符合性說明和支持；當很難通過分析計算或者局方認為僅僅通過分析計算不足以表明符合性時，應進行試驗室試驗進一步提供驗證。本文主要介紹通過試驗室試驗以表明儲藏設施的設計滿足材料阻燃/毒性和強度要求的方法。

3.2.1 阻燃、熱釋放、煙密度和毒性試驗

對于客艙材料的阻燃、熱釋放、煙密度和毒性要求，CCAR25部和相關航空標準有詳細的試驗要求和程序，在進行此項試驗時，應嚴格按照以下條款規定內容和程序進行：

1) 應根據CCAR25.853(a)規定的阻燃要求及附錄F第I部分規定的試驗程序進行阻燃試驗以表明儲藏設施滿足阻燃要求；

2) 應根據CCAR25.853(d)規定的熱釋放要求及附錄F第IV部分規定的試驗程序進行熱釋放試驗以表明儲藏設施所用的材料滿足熱釋放要求；

3) 應根據CCAR25.853(d)規定的煙密度要求及附錄F第V部分規定試驗準則，并通過CAAC(Civil Aviation Administration of China)認可的試驗設備和方法進行煙密度試驗以表明儲藏設施所用的材料滿足煙密度要求；

4) 應根據HB5470-2014中規定的毒性要求及試驗程序對儲藏設施進行毒性試驗以表明其滿足毒性要求。

3.2.2 靜力試驗

靜力試驗通過試驗加載的方式考核儲藏設施的本體結構設計、連接設計和緊固件的選用是否能承受飛行載荷情況、地面載荷情況和CCAR25.561(b)的應急著陸情況所對應的最大載荷系數下的臨界載荷。

試驗前的準備工作包括載荷工況的確定，試驗件和試驗臺架的設計、制造和檢查，儀器儀表的校準，明確試驗判據，試驗大綱的編寫等。準備工作完成后，相關的技術文件需提交CAAC批準，并協調CAAC進行試驗前的檢查工作和目擊試驗事宜。

儲藏設施靜力試驗常見的加載形式為利用作動筒產生載荷，通過杠桿將載荷均勻分配至試驗件上。試驗中各種工況下的載荷將逐漸增加至試驗載荷并保持3 s。如需進行破壞試驗，可繼續加載直至試驗件產生破壞(包括緊固件和試驗件的失效和破壞)。圖 5 為試驗件的加載和位移曲線示意圖。

圖5　加載和位移曲線示意圖

靜力試驗全程應做好詳細的試驗記錄以便對試驗狀態進行動態跟蹤和試驗結果有效性作出判斷。記錄形式主要包括視頻、照片和文字表格等。一般情況下，試驗完成后儲藏設施本體結構仍在原位，不會脫落，即認為試驗通過。儲藏設施本體結構局部的分層、裂紋以及嵌件的失效是允許的。

4　結論

通過設計內容和適航驗證方法的介紹和分析，并結合型號研制經驗探討了在民用飛機客艙儲藏設施的設計過程中應重點關注的問題及兩種試驗驗證技術的要求、程序和方法。對民用飛機客艙的設計和適航驗證工作具有一定的參考和借鑒意義。