民用飛機頂起和支撐設備研究

王正鑫 李沖祥

（上海飛機客戶服務有限公司，上海 200241）

0 引言

民用飛機在航線維修、定檢、改裝、搶救等實際工作中經常需要先將飛機頂起和支撐，使飛機處于相對穩定的狀態，以便于開展后續其它相關工作(例如：飛機的水平測量、更換機輪、更換起落架、起落架收放功能測試、結構重要改裝等)[1]。而飛機的頂起和支撐操作離不開一類重要的地面支援設備，即頂起和支撐設備。

民用飛機的頂起和支撐設備產品多種多樣，使用廣泛，設計或者選用不當極易造成飛機結構損傷，但國內研究民用飛機頂起和支撐設備的相關文獻較少，因此有必要對其展開深入研究。

1 頂起和支撐設備的分類及應用場景

根據飛機所處的不同狀態，可將民機的頂起和支撐設備劃分為常規用設備和搶救用設備。根據每類設備的結構特點及功能，又可將其進一步細分為機翼/機身千斤頂、輪軸千斤頂、機翼/機身托架、撐桿和頂升氣囊(見圖1)。每類設備的主要功能、作用位置及應用場景總結見表1。

圖1 頂起和支撐設備的分類

表1 頂起和支撐設備主要功能、作用位置及應用場景

1.1 機翼/機身千斤頂

機翼/機身千斤頂是每種機型必備的地面支援設備，主要用于飛機全機頂升，其具體數量及分布需要根據特定機型的頂升方案而定。對于窄體客機，至少需要三個主頂點，采用前三點式或后三點式布置，即：在機翼兩邊對稱設置兩個主頂點，在靠近機頭或機尾處設置一個主頂點。各個主頂點處均需安裝專用的千斤頂頂墊，再布置相應的千斤頂完成頂升操作。機身/機翼千斤頂與飛機專用頂墊是以球頭、球窩形式連接，連接尺寸有相應的國際標準來規范[2]。為了最大限度保證飛機頂升安全，還會在機身處再設置一個輔助頂點，在該點既可布置輔助千斤頂，也可布置撐桿或者托架。輔助頂點處布置的設備并不主動對飛機頂升，主要起分擔載荷、防止意外傾覆的作用。

機翼/機身千斤頂根據升降機構的不同可分為機械千斤頂和液壓千斤頂，其中液壓千斤頂具有結構緊湊、傳動效率高、傳動平穩、承載能力強等優點，在民航業內普遍使用。液壓千斤頂根據其結構形式的不同又可分為三腳架千斤頂和柱式千斤頂[3]。三腳架千斤頂因穩定性強、安全性高，主要應用于飛機的常規頂升；柱式千斤頂雖穩定性不佳，但因便于拆解運輸、快速組裝、最小工作高度低等特點，主要應用于飛機外場應急搶救。

液壓千斤頂主要由頂頭、多級作動筒、鎖止螺母、驅動泵、支架、液壓油箱、底座、撐腳、牽引機構等構成。近年來設計人員不斷地在對飛機的機翼/機身千斤頂產品進行設計改進。例如：為克服傳統三腳架千斤頂體積較大、運輸不便的缺點，設計了可折疊三腳架千斤頂[4]；為克服全機頂升時操作人員多、效率低的缺點，設計了全機同步千斤頂頂升系統[5]。

1.2 輪軸千斤頂

輪軸千斤頂也是每種機型必備的地面支援設備，主要用于飛機的輪軸頂升。民機起落架的輪軸下方設計有突起的球形頂點供其頂升使用。為保證飛機安全，一般一次只允許對單個起落架輪軸進行頂升。輪軸千斤頂整體外形尺寸、工作高度范圍、額定載荷比機翼/機身千斤頂小，其結構簡潔、使用靈活。除了可用于機輪和剎車組件拆裝、維修之外，還可用于輔助其它維修操作，例如：在頂起或放下飛機的過程中若機翼/機身千斤頂操作出現卡滯，可使用輪軸千斤頂臨時頂起對應側的起落架輪軸一小段高度使得機翼/機身千斤頂可順暢調節；起落架緩沖支柱維修時，可使用輪軸千斤頂頂升緩沖支柱活塞桿以排除緩沖油液。

民航業內普遍使用的常規用輪軸千斤頂為液壓輪軸千斤頂，主要由頂窩、多級作動筒、手動泵、液壓油箱、釋壓閥、管路組件、行走輪構成。作動筒最上端安裝頂窩的一級采用螺旋升降機構，方便手動初始調節，并采用限位機構，防止螺紋桿脫落，其余各級均采用液壓作動筒形式。由于多級作動筒尺寸的限制，使得常規用液壓輪軸千斤頂的最小頂升高度很難低于10 cm。而在飛機機輪爆胎、輪轂磨平等特殊情況下，機輪輪軸下的頂點離地高度很低，限制了常規用液壓輪軸千斤頂的使用，這時候既可以采用兩件常規用輪軸千斤頂加一根結構類似扁擔的轉接梁的組合方式進行頂升，也可以單獨使用搶救用輪軸千斤頂。搶救用千斤頂主要利用杠桿原理，將頂起點前置，作動筒后置，使得最小頂升高度大大降低。

1.3 機翼/機身托架

機翼/機身托架也是各機型不可或缺的設備，其主要用于飛機機翼或者機身局部區域的支撐。機翼/機身托架與撐桿功能類似，主要作為輔助支撐，不可主動頂升飛機。在飛機完成頂升操作后，在機翼或者機身局部區域下部放置托架來支撐，保護飛機結構。相對于撐桿和千斤頂，托架可直接與飛機機體接觸，不需在飛機上設計專用連接點，并且接觸面積較大，支撐更加可靠。

常規用機翼/機身托架主要由托盤、升降調節機構、底座、牽引機構、行走機構、固定支腳組成。托盤形狀與飛機結構的接觸面相匹配，并包裹軟質材料。升降調節機構依據升降行程及工作高度的不同，可采用螺旋升降機構或者人字形升降機構[6]。在飛機的應急搶救時，也可能會用到機翼/機身托架來作局部輔助支撐，必要時甚至會臨時搭建木質托架。

1.4 撐桿

撐桿并非每種機型都須使用，其主要用于飛機的尾部支撐。飛機在進行裝卸貨物或拆裝機上設備等操作時，會使飛機重心位置產生變化，部分機型(尤其是采用發動機尾吊布局的機型)為防止飛機重心位置偏移過大而傾覆，會在飛機尾部設計專用連接點，用于安裝尾部撐桿來穩定飛機[7]。當然，也可以使用機身千斤頂或者托架來替代尾部撐桿進行輔助支撐。相對于機身千斤頂和托架，撐桿結構更簡潔，重量更輕，更加便于運輸和使用，適用于航線、定檢、維修等常規情形。但因其支撐可靠性不如托架，故應急搶救時極少使用。

撐桿的主要結構包括與飛機的連接接頭、升降調節機構、桿體組件、支架、移動腳輪。撐桿與飛機的連接形式可以采用螺栓連接，也可采用頂球與頂窩配合連接。升降調節機構可選用液壓升降式或機械升降式，其中：液壓升降式調節效率相對較高，適合長行程調節；機械升降式調節效率相對較低，適合短行程調節。必要時，還可以在桿體上增加過載警報器或者限載裝置。

1.5 頂升氣囊

氣囊頂升方式較早應用于建筑行業，由于具有運輸便利、操作便捷、適應能力強等特點，后來在飛機搶救作業中運用愈來愈廣泛[8]。飛機在滑行或降落過程中如若發生起落架意外收起、損壞、折斷或結構損傷等事故，在進行搶救作業時，經常需要先將飛機頂升，然后再進行拆換起落架、搬移飛機等后續操作。這種特殊情形下，往往沒有足夠空間使用機身/機翼千斤頂來頂升飛機，此時就需要使用頂升氣囊。如果飛機處于跑道或硬質地面上時，可直接在飛機頂升區域放置氣囊；如果飛機陷入松軟地面，則需在飛機頂升區域下預先鋪設鋼板或枕木以便氣囊頂升。頂升氣囊操作空間需求小，不需專用接頭就可直接頂升飛機，適應性極強。

飛機頂升氣囊主要包括氣囊本體、軟管組件、控制臺、空壓機。氣囊本體是最主要的頂起和支撐組件，一般采用分塊設計，由多個獨立氣室組合而成，表面設計有防滑條紋，氣囊內部上下表面設計有許多拉絲。由于氣囊整體剛性不足，需配合使用系留繩索以保持飛機穩定，部分氣囊產品為克服剛性不足的缺點采用了鋼鉸接結構的氣囊組件。

2 頂起和支撐設備的選型及研制

在飛機的設計過程中，設計人員會將飛機的頂起和支撐狀態作為一種重要的設計狀態，綜合考慮飛機的質量分布、重心位置、結構強度、承載狀況等因素，確定飛機頂起和支撐方案，明確工作載荷、工作高度、連接位置及形式等輸入條件[9-10]。維修工程專業人員和維修類手冊編制人員會制定頂起和支撐相關維修任務程序，明確相關的航材、耗材和頂起和支撐設備需求。

根據實際維修任務需求，進行地面支援設備選型和研制是民機制造商地面支援設備專業人員的核心工作。地面支援設備專業人員根據市場上是否有直接可供采購的貨架產品將地面支援設備分為通用類設備和專用類設備。針對通用類設備開展選型工作，針對專用類設備開展研制工作(既包括民機制造商自行研制，也包括飛機供應商研制后再轉交給民機制造商)[11-12]，一般將機翼/機身千斤頂、輪軸千斤頂、頂升氣囊劃分為通用類設備，將機翼/機身托架、撐桿劃分為專用類設備。但是這種劃分只是相對的，因為隨著機型市場占有率的逐步提高，專用類設備也會逐漸通用化。

地面支援設備專業人員在開展頂起和支撐設備的選型及研制時，應重點關注產品的最小工作高度、最大工作高度、額定載荷、連接點或接觸區域的形狀和尺寸等技術參數，確保產品能夠滿足實際維修任務需求，同時還應適當關注產品的質量控制體系、生產交貨周期、使用培訓、售后服務等非技術因素。最終所選型或者研制的產品，民機制造商的地面支援設備專業人員還應結合維修任務程序進行實地操作驗證。只有確定產品能夠滿足實際的工作需求后才可正式向客戶推薦。后續若產品發生更新，民機制造商還應通過服務類文件及時將更新信息傳遞給客戶。

3 頂起和支撐設備的配置

在新機型投入運營之前，民機制造商應充分考慮地面支援設備的配置問題。只有構建了地面支援設備全面保障體系才能保障飛機順利運營。民機制造商須重點關注客戶(主要為運營人和CCAR-145維修單位)的常規用地面支援設備配置情況，運營和備降機場的搶救用地面支援設備配置情況，以確保各方所配置的地面支援設備能夠滿足該機型的航線、定檢、大修、改裝、搶救等實際需求。

對于通用類地面支援設備，民機制造商應至少推薦兩種型號/件號的設備供客戶參考選用，同時提供相應設備的技術要求。客戶既可以直接選用民機制造商的推薦型號/件號，也可以根據技術要求選用其它等效設備，必要時，還可以向民機制造商尋求等效評估服務。而對于專用類地面支援設備，民機制造商應直接給出指定件號，客戶須按該件號配置，通常不建議客戶另行選擇其它產品。由于客戶主要基于成本效益原則進行地面支援設備配置[13]，因此民機制造商還應盡力降低專用類地面支援設備的比例，最大限度降低客戶購置成本。

針對頂起和支撐設備，民機制造商的一般做法和配置建議如下：

1)對于運營人：在飛機交付之前，向其提供地面支援設備推薦清單[14]，運營人結合自身機隊規模、維修能力建設規劃、現有設備/工具等實際情況進行地面支援設備選擇性配置。一般而言，運營人應配置常規用機翼/機身千斤頂及相應頂墊、常規用輪軸千斤頂、撐桿(若該機型需要)，而其余設備使用頻率較低，實際工作需要時可按需借用、租賃。

2)對于CCAR-145 維修單位：在維修工作開展之前，向其提供具體維修工作任務包，列出所必須的地面支援設備清單，CCAR-145 維修單位根據其承接的具體維修工作任務，對照現有設備/工具庫存情況進行地面支援設備補充性配置。一般而言，維修單位應配置常規用機翼/機身千斤頂及相應頂墊、常規用輪軸千斤頂、常規用機翼/機身托架。

3)對于機場：在飛機投入運營前，應直接調研或者通過運營人間接了解其機型的運營機場和備降機場是否配置搶救設備，以及所配備的搶救設備能否與機型相適應。一般只要求機場配置搶救用輪軸千斤頂、頂升氣囊以滿足飛機搶救時的基本頂起和支撐需求。

4 結論

民用飛機頂起和支撐設備種類繁多，不同種類的設備因其功能、結構形式、主要技術參數的不同而各自具有特定的適用場景。民機制造商在編制維修類手冊、選擇頂起和支撐設備產品時，需要綜合考慮各類設備的特點、使用場景、產品的通用性程度、成本效益、行業慣例等因素，采用“或自行設計、或聯合設計、或選型”的組合式研制策略，并通過“或指定、或推薦”的方式向飛機客戶提供頂起和支撐設備的合理化配置建議，從而保障飛機的地面頂起和支撐相關工作可經濟、有效地開展。

由于我國民用飛機市場長期被波音、空客兩家歐美巨頭所壟斷，而這些飛機制造商向其客戶所指定或者推薦的地面支援設備產品也多為歐美廠商產品，嚴重擠壓我國地面支援設備產業，使得國內該產業整體發展相對落后。國內既缺乏大型的專業地面支援設備生產商及產品，又缺乏完善的民用飛機地面支援設備設計標準和規范體系。地面支援設備產業作為國產民機制造業的支撐型產業，其只有依托于國產民機制造業才能獲得持久、穩定地發展。目前，正值我國大力推進國產民機制造業發展之際，隨著國產民機逐步投放市場，我國的地面支援設備產業也迎來發展契機。聯合國內地面支援設備生產商，逐步推行地面支援設備國產化，培育國內地面支援設備產業，建立并完善民用飛機地面支援設備設計標準和規范體系，也應成為國產民機制造商的工作重點。民用飛機的頂起和支撐設備是飛機維修、搶救等工作中必不可少的產品，其使用范圍廣、機型通用性強，并且整體研發和制造難度不高，或可成為國產品牌的絕佳突破口。