飛機艙門設計持續在改進

■ Paul Seidenman David J.Spanovich

在機體結構維修中，飛機艙門經常因腐蝕和碰撞而使維修項目較多。但當前許多創新材料和作動系統正在讓艙門維修項目減少，維修變得簡易化。如新型熱塑性材料、先進的機電作動系統和傳感器技術、環保的表面處理技術等。

一般來說，客艙和貨艙門及其部件極易因腐蝕和碰撞造成損傷，如客機和貨機前后艙門的下部在裝卸行李和貨物過程中容易被地面服務車輛和單元裝載設備損壞，因此維修項目較多。令人欣慰的是，原始制造商和供應商正在從材料和部件方面引入創新技術，提高產品的損傷容限，降低維修強度。

位于中國臺灣的常青航空技術公司（EGAT）是一家窄體和寬體飛機MRO。該公司指出，客艙門和下艙門的維修主要集中在外表面和內襯板的損傷以及筋、線和作動器等機械結構,一般需要18～36個月檢修一次部件磨損和密封情況。迄今為止，這些修理全部都在金屬門上進行。但隨著復合材料在飛機制造中占比的提高，復合材料逐漸應用于艙門且維修工作不斷增多，損壞的復合材料艙門可能被更換，且不是在維修站修理。因此維修成本也在提高。

盡管如此，復合材料仍被認為是艙門設計中最有前途和公認的創新技術，并且已經在波音787的8個客艙門上證明了自己的性能。波音787的艙門是由全球最大的飛機艙門供應商法國拉泰科雷（Latecore）公司設計、開發和制造的。從波音公司反饋的情況來看，波音787艙門非常堅固，很少遇到問題。該公司表示，波音787艙門是航空史上第一種商業化復合材料艙門，其在結構設計中應用復合材料，使艙門制造向前邁出了一大步，而現在的挑戰是使用新型材料和工藝能夠制造出成本更低、重量更輕的艙門產品。

波音787是全球首款采用全復合材料客艙門的商用客機。

例如，隨著凱旋航宇結構公司（Triumph Aerospace Structures） 的新型熱塑性材料技術不斷發展，復合材料結構包括艙門可能很快會在航空航天領域面臨嚴峻的競爭。而且Triumph Aerospace Structures公 司 表示，其在新型熱塑性材料技術方面已擁有一項技術專利，還有幾項專利正在申請中。與傳統的環氧樹脂基熱固性復合材料相比，由于新型熱塑性材料的韌性增強，所有適用于復合材料的艙門都能很好地應用新型熱塑性材料，而且外部面板可以取得最大的改進，如顯著減少通道碰撞和搬運破損，降低維修成本，此外，由于能夠將補片熔接到層壓板上，因此熱塑性材料的修理自然要比傳統的復合材料修理更容易。用熱塑材料取代傳統復合材料還具有降低成本和減重的優勢，因為先進的焊接裝配技術不再需要堅固件，能夠減少10%～20%的重量。

除了減輕重量外，耐腐蝕性也可得到重大改進，尤其是在金屬結構方面。與熱固性樹脂復合材料相比，熱塑性材料不會吸收濕氣或機上液體，有助于降低全壽命周期成本。與熱固性樹脂復合材料相比，熱塑性材料還有很多優點，如結構穩定性更高、無需制冷、無限的保質期、無致密化、不必非得使用熱壓罐。

Triumph Aerospace Structures表示，目前這項技術還在成長中，雖然熱塑性材料艙門尚未被正式應用于具體機型備選，但多種飛機結構已經成為了備用目標，如去年11月4日公布的與巴西航空工業公司簽署聯合開發和適航驗證協議的熱塑材料升降舵結構。升降舵采用感應焊接技術，由單向增強熱塑性材料制成，這將是行業首創。此外，該公司還考慮在機翼、機身和尾翼等大型結構上使用熱塑材料。

巴西航空管理局的規章調整要求拉泰科雷公司更改巴西航空工業公司E2客機飛機的艙門設計。

Triumph Aerospace Structures的母公司Triumph集團在去年10月宣布，Triumph Aerospace Structures公司將為Jaunt Air Mobility公司的Jaunt全電動垂直起降（eVTOL）概念飛機提供工程和制造服務，其中機身將采用熱塑性材料技術，包括艙門。

再如，薩伯飛機結構公司新開發的一項飛機艙門技術是使用機電作動系統替代傳統液壓作動系統，避免了一些與液壓系統相關的維修，同時可保持重量和成本不變。而且薩伯也在開發用于貨艙門閉鎖系統的新技術。

此外，在艙門設計中也在應用一些符合歐盟 REACH認證標準的表面處理技術和有助于大幅減少固件數量的創新連接方法。薩伯公司表示，基于各地區客機機隊的經驗，艙門損傷主要是由于貨物裝卸和維修人員設備和工具使用不當造成的，而且用于開關艙門的液壓系統需要的維護較多。

柯蒂斯-萊特公司（Curtiss-Wright）集團提供用于艙門開關的旋轉作動器。迄今為止，旋轉作動器主要用于貨艙門，而且由于其尺寸較大，廣泛應用于空客A380客機的客艙門?？碌偎?萊特公司的旋轉作動器技術專注于降低機身下部貨艙門開關時的噪聲和振動，采用了專利的傳動設計，與操縱飛控表面的傳動裝置相似，可極大地降低噪聲和振動。該公司認為，降低艙門開關時的振動可以減小作動器的磨損，保證作動器與飛機的壽命吻合，避免飛機到壽前拆換艙門。

相比傳統的由滾珠絲杠系統操作的飛機艙門，作動器是密封的，不像滾珠絲杠系統那樣往往暴露在環境中容易沾染污物，或者出于潤滑問題維護要求更為密集。

除了作動器，柯蒂斯-萊特公司還提供接近傳感器，用于檢查飛機艙門是否關閉并正確鎖定?？蜋C艙門通常要安裝5～8個傳感器。如果鎖定不正確，駕駛艙就會出現燈光告警，柯蒂斯-萊特使用專利工藝提供成本更低的接近傳感器，降低艙門的采購成本。

在傳統民航飛機中，柯蒂斯-萊特公司為波音787貨艙門供應閉鎖機構，為波音777和767的小貨艙門供應作動器，為波音777貨機提供主艙門和機身下部貨艙門提供旋轉作動器。最近，該公司的飛行閉鎖作動器還被三菱“Space Jet”支線客機選為客艙門部件。

拉泰科雷公司表示，對于巴西航空工業公司的E2噴氣式飛機，由于巴西航空管理局（ANAC）修改了法規，希望能夠提高乘客的安全性，所以要求拉泰科雷公司增強艙門的機械結構設計，具體包括在鎖上安裝安全裝置、改良緊急開門系統、調整逃生滑梯的艙門打開速度、簡化操作機械系統、改善手柄負荷等。