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2019好设计银奖案例:新舟700门梯合一登机门设计

[2020-01-18 18:25   类别:新闻资讯   来源:好设计传媒中心   作者:好设计传媒中心]

2019好设计银奖案例——新舟700门梯合一登机门设计

奖项:银奖

制造单位:航空工业西飞集团

设计单位:航空工业第一飞机设计研究院

一、案例背景

公务机、支线客机,具有短途频繁、快速起降的特点,采用门梯合一形式登机门,能够有效降低飞机对机场廊桥和地面旅客登机车的需求,对条件较差或繁忙拥挤的机场有良好的适应性。

新舟700飞机是由中航工业研制的新一代70座级、以涡桨发动机为动力的中、短程先进支线飞机,定位于承担800公里以内中等运量市场的区域航空运输业务,根据新舟700飞机使用特点和需求,本项目基于运输类飞机适航标准CCAR-25-R4,设计一款满足适航条款、安全、可靠的门梯合一登机门(见图1)。新舟700飞机是新舟系列全新设计的机型,登机门设计要满足最新版的适航条款要求,必须满足条款中关于门闩锁定、增压预防、告警指示的要求,能够防止人员无意和恶意打开舱门,以及安全性可靠性。新型舱门研制应全面考虑过往型号遇到各种问题,广泛调研国外同类舱门的技术特点。

图1 新舟700门梯合一登机门

二、设计创新点

(一)理念和手段先进

近年来各种仿真分析技术及相关软件快速发展,许多问题和故障都能被快速定位和计算分析。在设计该项目的过程中,仿真分析手段已经成为重要技术支撑,并首次从方案阶段就开始介入。从整体布局到详细设计的仿真计算结果对工程人员有着重要的参考价值,结合综合功能试验验证,降低了研制风险,缩短了研制周期。

(二)安全可靠

根据适航条款要求,舱门要能防止人员无意打开舱门外,还要能够防止人员故意开启舱门。该项目设置闩机构、双锁系统,使在飞机飞行过程中上述机构均不受力或参与传载;设置飞行锁系统从而确保锁闭安全性符合要求。设计团队对以上结构分别设置位置传感器判断其是否处于正确位置,设计了一处机械的目视指示系统避免误判。在双锁机构上连接有泄压门机构,当锁机构未正常上锁,客舱无法正常增压;当飞机降落后开启舱门时,泄压门机构用来泄掉多余气压平衡内外压差,保护操作人员安全,如图2所示。

图2 气密试验变形测量

(三)操纵便捷

该项目采用全新设计的扭杆弹簧重量平衡和助力系统平衡舱门翻转过程中的重力矩。在舱门打开过程中提供缓冲,使得舱门打开或者关闭时满足平稳、运动速度符合设计要求、打开时间满足应急开启条款要求。扭杆弹簧重量平衡和助力系统主要由缆盘、钢索、齿轮箱、扭杆弹簧、调节预紧装置等组成,安装在登机门门槛下部。该项目采用钢索与悬挂铰链连接形式,优化机构交点参数,匹配舱门重量矩,根据所需的开关效果,完成了此机构的设计,满足设计要求。

(四)减重效果显著

该项目通过一系列的技术措施将重量控制在了85 kg,相较于原理试验件更是减重了约20 kg。这主要得益于结构尺寸优化、机构布局优化和全复材登机梯三个方面。结构通过建立有限元分析模型,设定边界条件和优化目标,将原横纵梁围框蒙皮等零件尺寸进行了压缩,成功减重2 kg;机构布置整体下调降低舱门重心进而减低了扭杆弹簧重量平衡和助力系统的负载,采用紧凑型机构布置和机构原理优化等,成功减重约10 kg;采用整体成型玻纤/蜂窝夹层复材登机梯,成功减重约8 kg,如图3所示。

图3 复材登机梯承载试验

(五)舒适性高

该项目采用了开启后舱门接地这一方案,改善乘客登、离机体验。设计团队台阶高度、踏面宽度、登机梯长度、扶手高度和登机坡度等方面进行了人机工效分析和参数优化(见图4)。该项目进行了开关门操作场景模拟,对从内部、外部开启或关闭舱门的详细步骤进行分析,结合操纵力对操作舒适性进行了评估,结合试验结果对扭杆助力系统进行了优化,使得内部开启、内部关闭、外部开启、外部关闭四种操作轻松省力。

图4 人机工效分析示意图

(六)可维护性高

一架飞机的采购成本仅占全寿命成本的1/10,各大航空公司都非常看重后期的维护成本。该项目登机梯拆卸方便,拆掉登机梯及两侧内装饰板,便可露出舱门内部全部零部件,便于检查维护。此外,该项目在设计上采用了免维护理念,大量使用滚动轴承、自润滑关节轴承和自润滑衬套,除了降低摩擦力外,机构润滑点极少,有效减少了机务的定检维护工作量。

三、效果与应用

本项目所涉及的技术符合试航条例CCAR-25部的相关条款,并已经获得试航审批并正式发放工程图样,目前已完成制造装配。以该技术为基础所完成的门梯合一形式登机门试验件已通过密封、功能、选型、人机功效试验验证,初步证明其能够满足功能、气密、强度、操纵力等的各项技术指标以及试航条款的要求,有待进一步进行空中试飞的检验。登机门设计相关技术可以在其他军用、民用飞机舱门上推广应用,整套机构及各项子机构方案在未来新型飞机舱门研制中具有广阔的应用前景和推广价值。该项目已获得5项实用新型专利授权。