飛機地板特性與面向制造設(shè)計

照那斯圖

摘 要：飛機地板是飛機結(jié)構(gòu)的重要組成部分，本文介紹了飛機地板設(shè)計要求，分析常用地板結(jié)構(gòu)形式及存在的不足，提出面向制造的飛機地板設(shè)計思路和設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：面向制造；飛機地板；設(shè)計

中圖分類號：TU276 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.飛機地板概述

飛機地板是飛機結(jié)構(gòu)的重要部件，是飛機艙內(nèi)人員、機載設(shè)備、貨物支撐構(gòu)件。飛機地板不僅承受人員、設(shè)備及貨物和其他載荷，同時還參與機身總體受力，起落架艙上部地板和機身油箱上部地板還承受氣密載荷。民機地板一般分為駕駛艙地板和客艙地板，軍機地板一般分為駕駛艙地板及貨艙地板或任務(wù)艙地板等。飛機地板是飛機載客或載貨的平臺，在飛機地板布置時盡量最大化地板面積。因此飛機地板已成了主要的結(jié)構(gòu)件，所以飛機地板的設(shè)計充分考慮工藝性及裝配效率。目前國內(nèi)部分民機和軍機地板設(shè)計還是采用傳統(tǒng)的地板設(shè)計方法隨著材料技術(shù)、制造技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷提高，地板設(shè)計技術(shù)也應(yīng)該面向制造的設(shè)計方法，減少零件數(shù)量，減少裝配連接件的數(shù)量。

2.飛機地板設(shè)計要求

飛機地板是飛機結(jié)構(gòu)的一部分，是人員貨物的支撐平臺，同時參與飛機整體受力，因此飛機地板的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：

（1）地板面積最大化原則

飛機地板的布置，是指在飛機橫截面中確定地板的相對位置。不論民機還是軍機均是一件協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜且非常重要的事情。地板布置將飛機使用技術(shù)要求規(guī)定的各種載重、機載設(shè)備、任務(wù)系統(tǒng)等合理布置在機身內(nèi)部，同時協(xié)調(diào)機身與機翼、尾翼、起落架等部件的協(xié)調(diào)關(guān)系，并保證它們的相對位置。運輸機的地板布置充分考慮以上因素的同時兼顧了貨物裝卸方便性。地板布置是總體布局協(xié)調(diào)的重要環(huán)節(jié)，地板布置與飛機使用要求和技戰(zhàn)術(shù)要求有著密切關(guān)系。地板布置，依據(jù)飛機尺寸，充分兼顧載客量、經(jīng)濟性、行李艙容積、飛機翼身連接形式等等多個因素。

（2）強度剛度要求

地板要承受人員貨物載荷且參與飛機整體受力，軍用飛機貨運地板還具備空投空降，集中貨物和散貨運輸功能，飛機地板必須具備滿足強度剛度要求。

（3）工藝性要求

由于飛機地板面積較大，零件數(shù)量多，裝配要素多，地板設(shè)計中應(yīng)考慮工藝性，應(yīng)采取模塊化的設(shè)計方法。

（4）維修性要求

飛機地板下布置有行李艙、設(shè)備艙等艙及設(shè)備，因此飛機地板滿足維修性要求。

3.飛機地板的常用結(jié)構(gòu)形式分析

飛機地板一般在機身壁板的框為基準(zhǔn)鋪設(shè)。在地板上布置地板滑軌、系留環(huán)、各種檢查、維護(hù)口蓋。人員、座椅及設(shè)備、貨物的慣性載荷通過地板縱梁、橫梁及地板面板傳到機身框及壁板上，地板上縱向盒形件對地板板面進(jìn)行加強，以提高地板剛性，使作用在地板面板上的載荷能傳至地板縱橫梁上。

常用飛機地板一般分為地板骨架和地板面板。飛機地板骨架由地板橫梁和縱梁組成。橫梁由上緣條、下緣條、腹板及立柱組成。縱梁一般分為加強縱梁和普通型材縱梁。橫梁在機身壁板的框緣上生根，常規(guī)設(shè)計每個框位均設(shè)計橫梁。兩個橫梁之間鋪設(shè)多個縱梁。橫梁和縱梁的剖面設(shè)計根據(jù)載荷來確定。常用的橫梁剖面有“工”字形，“”字形，部分民機采取“S”形板彎件地板橫梁。常用縱梁剖面有“工”字形，“T”字形。橫梁與機身框緣用螺栓和鉚釘連接，橫梁與縱梁之間通過角盒接頭來連接。典型地板骨架如圖1所示，典型橫梁剖面如圖2所示。

地板的面板一般分為金屬板和復(fù)合材料面板。常用的金屬面板有鋁合金平板和鋁合金方格板，厚度一般在1mm～1.5mm之間。復(fù)合材料面板一般采用夾層結(jié)構(gòu)，兩個面板之間夾泡沫塑料、輕質(zhì)木材或其他加強材料。復(fù)合材料面板周圍鑲有金屬或硬質(zhì)塑料邊條，用于復(fù)合材料地板的固定和安裝。

4.面向制造的飛機地板設(shè)計

由于地板面積較大，傳統(tǒng)的地板結(jié)構(gòu)形式雖然能滿足使用要求，但零件數(shù)量多，連接緊固件多，裝配要求復(fù)雜，裝配效率低。運8某飛機前段貨艙地板為例，長度5m，面積18.7㎡的地板的零件項數(shù)為220項，零件件數(shù)460件，50多個規(guī)格的緊固件數(shù)量近2萬件，地板在工裝上裝配周期約15天。

大面積使用型材鉚接的地板結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)的設(shè)計思想，當(dāng)時由于材料技術(shù)、零件制造技術(shù)的限制，只能采用拼接的方式。隨著材料技術(shù)、制造技術(shù)和信息化技術(shù)的發(fā)展，飛機地板設(shè)計技術(shù)也有了長足的進(jìn)步。先進(jìn)的地板設(shè)計不僅滿足強度剛度和使用維護(hù)要求外，還充分考慮制造可行性和裝配快速性，也就是說充分考慮制造特性，即面向制造的地板設(shè)計技術(shù)。面向制造的地板設(shè)計有以下特點：

（1）用數(shù)字化傳遞數(shù)據(jù)

面向制造的設(shè)計技術(shù)是在數(shù)字化環(huán)境下，有效結(jié)合信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)和光學(xué)檢測與反饋技術(shù)，在設(shè)計初期充分考慮制零件制造，部件裝配和符合性檢測的要求，飛機裝配過程中實現(xiàn)裝配的數(shù)字化、柔性化、信息化、模塊化和自動化，將傳統(tǒng)的依靠手工或?qū)Ｓ眯图軍A具的裝配方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的裝配方式，將傳統(tǒng)裝配模式下的模擬量傳遞模式改為數(shù)字量傳遞模式。

面向制造的設(shè)計技術(shù)在機械、汽車、醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)用比較早。在20世紀(jì)80年代誕生于西方航空發(fā)達(dá)國家。1994年歐盟提出“基于協(xié)作性多功能操作機器人的航空產(chǎn)品柔性裝配系統(tǒng)”，其最終目的是實現(xiàn)數(shù)字化裝配。

數(shù)字化裝配技術(shù)從根本上改變了飛機制造方法。數(shù)字裝配方法有效解決了傳統(tǒng)制造方式的周期長、返工率高、質(zhì)量低、精度低、風(fēng)險大和成本高的問題，給飛機研制開辟了嶄新的道路。

（2）結(jié)構(gòu)零件高度融合

面向制造的設(shè)計技術(shù)，充分考慮零件成型與裝配技術(shù)，同一個零件兼顧多個零件的作用。通過零件高度融合達(dá)到減少零件數(shù)量，減少制造裝備數(shù)量，同時達(dá)到節(jié)約成本，縮短裝備周期，提高裝配精度。

洛克希德馬丁公司牽頭研制JSF戰(zhàn)斗機的原型機時，采用數(shù)字化裝配技術(shù)，使裝配周期縮短67%，工裝數(shù)量由350件減少至19件，成本降低了50%，出錯率減少了80%，總裝一次成功完成。

（3）加大“三化”設(shè)計

面向制造的設(shè)計技術(shù)注重“三化”。加大產(chǎn)品的模塊化、系列化和通用化，盡量加大通用件和共享零部件。地板橫梁零件應(yīng)采取模塊化設(shè)計。另外，零件剖面選擇取、設(shè)計分離面的選取應(yīng)充分考慮數(shù)字化裝配工藝性。

結(jié)語

飛機地板設(shè)計是貨運飛機和民機主要設(shè)計內(nèi)容。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，面向制造的設(shè)計已成了主要設(shè)計技術(shù)。面向制造的設(shè)計技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家發(fā)展迅速并對各國的制造業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在后續(xù)飛機設(shè)計中研究和應(yīng)用面向制造的設(shè)計技術(shù)，通過面向制造的設(shè)計技術(shù)加快產(chǎn)品研發(fā)速度，降低成本、提高質(zhì)量，為企業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王志瑾，姚衛(wèi)星.飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.