艙門密封件設計

2015-10-14 11:14:02渠濤

科技視界 2015年28期

渠濤

【摘要】密封件設計是飛機艙門設計的重要組成部分，其性能好壞關系著飛機的飛行安全，本文從密封件設計考慮因素、構型、性能驗證等方面進行研究，給出設計密封件的一般考慮。

【關鍵詞】飛機設計；艙門；密封件

【Abstract】Seal Design is one of the most important parts of aircraft sealed cabin. The property of the seal is relative to the aircraft safety. It should be considerate that the seal environment factors， shape， and test should be studied.

【Key words】Aircraft Design； Door； Seal

0 引言

現代飛機普遍采用氣密艙設計，可有效防止風、灰塵、火和水的進入；防止客艙或氣密艙內壓力氣體的泄露；提供旅客和駕駛員一個安全、舒適的環境[1]。機身氣密艙設計包括結構連接之間密封設計，如使用密封膠進行的貼合面密封、填角密封等；機身開口區域的密封，如觀察窗使用的橡膠墊片靜態密封，艙門與機身之間的動態密封，其中艙門密封設計是氣密艙設計的關鍵。

艙門密封件是保證飛機密封性的重要結構部件，直接影響著飛機的安全性與舒適性。密封件參數也是艙門設計的重要輸入條件，直接關系著機構設計和結構布置[2]。艙門密封件設計既要保證飛機在使用的過程中能夠起到很好的密封作用，又要保證關閉艙門的力不能太大。同時，艙門整體是一個活動構件，要求密封件實際使用的時候要具備足夠適應裝配誤差的能力。

1 飛機常用密封件構型

飛機中常用的密封件形式有管狀、扁平狀、爪形等，表 1中為典型密封件形式及各自特點，常用密封件已經在各型號飛機上得到廣泛應用。

表 1 常用密封件類型

2 密封件設計因素分析

2.1 艙門開啟方式

艙門一般通過鉸鏈與門框結構相連接，簡單艙門開啟、關閉是以鉸鏈為中心作圓弧運動，靠近轉軸內側密封件最先與門框發生擠壓，側邊逐步與結構擋件發生擠壓，艙門外側密封件基本以正壓的形式擠壓在門框上，最終艙門關閉到位。

另外一種比較常見的開啟方式：曲線提升+平移式的打開方式，艙門的打開或關閉過程基本以平行于門框偏移一定距離，然后以平行四邊形平移打開。密封件在平移打開階段不發生作用，在關門最終階段或開啟最初階段與門框擋件發生滑動干涉作用，最終密封件以一定壓縮量擠壓在門框擋件上，啟動密封作用。

2.2 結構變形

結構變形是影響密封性能的主要原因之一，門周邊為機身高應力區域，主要承受機身軸向力，機身彎矩、扭矩引起的剪切載荷，艙內增壓產生的壓差載荷以及艙門在壓差載荷作用下傳遞給門框的集中載荷。因此，艙門的鎖閂，止動塊數量、位置應考慮結構應力分布，使艙門、門框結構應力分布、結構變形趨于均勻；其次，艙門應采用預變形設計，在不同增壓載荷下登機門設計不同的變形量以保證氣密性要求。

2.3 偏差補償

飛機結構在裝配過程中因公差累積，以及裝配應力、超差等因素，艙門、門框都會偏離理論位置，因此要求密封件具有一定的偏差補償能力。橡膠密封件以高彈性高分子材料為基材，在比較小的載荷作用下能產生較大的變形，管狀密封件因具有優異的公差補償能力和更好的耐久性而成為現代飛機艙門密封件的主要形式。

2.4 產品外形

考慮艙門運動過程中減少與擋件干涉，最終密封件確定為中心氣泡密封件，結構外形如圖1所示。

3 產品驗證

為了保證艙門密封性，需對艙門密封件進行驗證分析，以保證艙門密封件設計的合理、正確性。

3.1 計算分析

建立有限元分析模型，模擬密封件在實際工作狀態，輸入周邊結構模型，密封件材料特征參數，摩擦系數等，獲得其變形、應力、應變的分布。3.2 環境試驗

考核密封件在高、低溫環境，濕度環境，各種流體污染介質、霉菌環境的抵抗能力，保證密封件在各種環境下能夠正常使用。

3.3 性能試驗

考核密封件應力-應變試驗，泄漏率試驗，耐久性試驗，補償能力試驗等。保證密封件在滿足一定指標值，進行全面性能考核后，為最終密封件產品提供真實可靠的使用數據。

4 結論