飛機(jī)艙門設(shè)計(jì)持續(xù)在改進(jìn)

■ Paul Seidenman David J.Spanovich

在機(jī)體結(jié)構(gòu)維修中，飛機(jī)艙門經(jīng)常因腐蝕和碰撞而使維修項(xiàng)目較多。但當(dāng)前許多創(chuàng)新材料和作動系統(tǒng)正在讓艙門維修項(xiàng)目減少，維修變得簡易化。如新型熱塑性材料、先進(jìn)的機(jī)電作動系統(tǒng)和傳感器技術(shù)、環(huán)保的表面處理技術(shù)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(jī)和貨機(jī)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(wù)車輛和單元裝載設(shè)備損壞，因此維修項(xiàng)目較多。令人欣慰的是，原始制造商和供應(yīng)商正在從材料和部件方面引入創(chuàng)新技術(shù)，提高產(chǎn)品的損傷容限，降低維修強(qiáng)度。

位于中國臺灣的常青航空技術(shù)公司（EGAT）是一家窄體和寬體飛機(jī)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(nèi)襯板的損傷以及筋、線和作動器等機(jī)械結(jié)構(gòu),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(jìn)行。但隨著復(fù)合材料在飛機(jī)制造中占比的提高，復(fù)合材料逐漸應(yīng)用于艙門且維修工作不斷增多，損壞的復(fù)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(fù)合材料仍被認(rèn)為是艙門設(shè)計(jì)中最有前途和公認(rèn)的創(chuàng)新技術(shù)，并且已經(jīng)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(jī)艙門供應(yīng)商法國拉泰科雷（Latecore）公司設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造的。從波音公司反饋的情況來看，波音787艙門非常堅(jiān)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(yè)化復(fù)合材料艙門，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用復(fù)合材料，使艙門制造向前邁出了一大步，而現(xiàn)在的挑戰(zhàn)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(chǎn)品。

波音787是全球首款采用全復(fù)合材料客艙門的商用客機(jī)。

例如，隨著凱旋航宇結(jié)構(gòu)公司（Triumph Aerospace Structures） 的新型熱塑性材料技術(shù)不斷發(fā)展，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括艙門可能很快會在航空航天領(lǐng)域面臨嚴(yán)峻的競爭。而且Triumph Aerospace Structures公 司 表示，其在新型熱塑性材料技術(shù)方面已擁有一項(xiàng)技術(shù)專利，還有幾項(xiàng)專利正在申請中。與傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂基熱固性復(fù)合材料相比，由于新型熱塑性材料的韌性增強(qiáng)，所有適用于復(fù)合材料的艙門都能很好地應(yīng)用新型熱塑性材料，而且外部面板可以取得最大的改進(jìn)，如顯著減少通道碰撞和搬運(yùn)破損，降低維修成本，此外，由于能夠?qū)⒀a(bǔ)片熔接到層壓板上，因此熱塑性材料的修理自然要比傳統(tǒng)的復(fù)合材料修理更容易。用熱塑材料取代傳統(tǒng)復(fù)合材料還具有降低成本和減重的優(yōu)勢，因?yàn)橄冗M(jìn)的焊接裝配技術(shù)不再需要堅(jiān)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(jìn)，尤其是在金屬結(jié)構(gòu)方面。與熱固性樹脂復(fù)合材料相比，熱塑性材料不會吸收濕氣或機(jī)上液體，有助于降低全壽命周期成本。與熱固性樹脂復(fù)合材料相比，熱塑性材料還有很多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高、無需制冷、無限的保質(zhì)期、無致密化、不必非得使用熱壓罐。

Triumph Aerospace Structures表示，目前這項(xiàng)技術(shù)還在成長中，雖然熱塑性材料艙門尚未被正式應(yīng)用于具體機(jī)型備選，但多種飛機(jī)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了備用目標(biāo)，如去年11月4日公布的與巴西航空工業(yè)公司簽署聯(lián)合開發(fā)和適航驗(yàn)證協(xié)議的熱塑材料升降舵結(jié)構(gòu)。升降舵采用感應(yīng)焊接技術(shù)，由單向增強(qiáng)熱塑性材料制成，這將是行業(yè)首創(chuàng)。此外，該公司還考慮在機(jī)翼、機(jī)身和尾翼等大型結(jié)構(gòu)上使用熱塑材料。

巴西航空管理局的規(guī)章調(diào)整要求拉泰科雷公司更改巴西航空工業(yè)公司E2客機(jī)飛機(jī)的艙門設(shè)計(jì)。

Triumph Aerospace Structures的母公司Triumph集團(tuán)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(jī)提供工程和制造服務(wù)，其中機(jī)身將采用熱塑性材料技術(shù)，包括艙門。

再如，薩伯飛機(jī)結(jié)構(gòu)公司新開發(fā)的一項(xiàng)飛機(jī)艙門技術(shù)是使用機(jī)電作動系統(tǒng)替代傳統(tǒng)液壓作動系統(tǒng)，避免了一些與液壓系統(tǒng)相關(guān)的維修，同時可保持重量和成本不變。而且薩伯也在開發(fā)用于貨艙門閉鎖系統(tǒng)的新技術(shù)。

此外，在艙門設(shè)計(jì)中也在應(yīng)用一些符合歐盟 REACH認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的表面處理技術(shù)和有助于大幅減少固件數(shù)量的創(chuàng)新連接方法。薩伯公司表示，基于各地區(qū)客機(jī)機(jī)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，艙門損傷主要是由于貨物裝卸和維修人員設(shè)備和工具使用不當(dāng)造成的，而且用于開關(guān)艙門的液壓系統(tǒng)需要的維護(hù)較多。

柯蒂斯-萊特公司（Curtiss-Wright）集團(tuán)提供用于艙門開關(guān)的旋轉(zhuǎn)作動器。迄今為止，旋轉(zhuǎn)作動器主要用于貨艙門，而且由于其尺寸較大，廣泛應(yīng)用于空客A380客機(jī)的客艙門。柯蒂斯-萊特公司的旋轉(zhuǎn)作動器技術(shù)專注于降低機(jī)身下部貨艙門開關(guān)時的噪聲和振動，采用了專利的傳動設(shè)計(jì)，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(rèn)為，降低艙門開關(guān)時的振動可以減小作動器的磨損，保證作動器與飛機(jī)的壽命吻合，避免飛機(jī)到壽前拆換艙門。

相比傳統(tǒng)的由滾珠絲杠系統(tǒng)操作的飛機(jī)艙門，作動器是密封的，不像滾珠絲杠系統(tǒng)那樣往往暴露在環(huán)境中容易沾染污物，或者出于潤滑問題維護(hù)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(jī)艙門是否關(guān)閉并正確鎖定。客機(jī)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(xiàn)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(tǒng)民航飛機(jī)中，柯蒂斯-萊特公司為波音787貨艙門供應(yīng)閉鎖機(jī)構(gòu)，為波音777和767的小貨艙門供應(yīng)作動器，為波音777貨機(jī)提供主艙門和機(jī)身下部貨艙門提供旋轉(zhuǎn)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(jī)選為客艙門部件。

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