翻轉折疊式內置登機梯的可收放性研究

許小妹，余志明，周 恒，金媛媛

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

內置登機梯是機體結構的一部分，飛行員不依靠專門的登機梯即可自行迅速登離飛機，同時還能為維修人員提供便利；內置登機梯翻轉打開懸掛在機體一側，不與艦面甲板或地面接觸，登離機不受停機環境的影響；其高度自主適應性使軍機特別是艦載機對內置登機梯的配置需求日益顯著。內置登機梯的結構相對常規登機梯更為復雜，其中，可收放性是內置登機梯結構設計的難點。

1 內置登機梯的分類

其結構簡單、穩定性好，除機體本身外沒有輔助登機的扶手，登離機難度較大，如A-10攻擊機、F-15、F-35“閃電Ⅱ”聯合戰斗攻擊機，圖1（a）為F-35伸縮桿式內置登機梯。翻轉折疊式登機梯所占縱向空間較小，有些登機梯的梯桿還可作為攀援扶手，登離機便利性較高，但結構較為復雜，如F/A-18F“大黃蜂”新型艦載機、YK-130高級教練機，圖1（b）為YK-130翻轉折疊式內置登機梯。復合式內置登機梯有，米格-29KUB艦載機、SU-25攻擊機等，如圖1（c）、（d）所示。根據飛機本身，特別是座艙段的結構特點、可用空間大小、離地高度等確定內置登機梯的結構形式。

圖1 內置登機梯

國內外軍機中，內置登機梯常見的結構形式有伸縮桿式、翻轉折疊式以及它們與金屬蒙皮壁板塊組成的復合式內置登機梯。

伸縮桿式登機梯由一根方形或圓形可伸縮桿以及桿左右兩側間隔設置的臺階組成一個簡易登機梯，

2 軍機內置登機梯的一般特點

2.1 內置登機梯的一般要求

軍機內置登機梯的設計中，主要考慮滿足以下幾方面需求：

1）強度、剛度要求：內置登機梯的結構以及與機身的連接部分滿足強度、剛度要求，登離機安全穩定；

2）便捷性要求：內置登機梯應結構簡單，收起、放下快捷，能滿足飛行員的登離機要求；

3）可收放性要求：內置登機梯結構具有可收放性功能，能收納固定在收容艙內，不影響飛機的氣動外形；

4）低成本設計要求：內置登機梯的結構要求簡單，選用成熟的材料體系和工藝方法，其布置對飛機其他結構的影響最小；

5）防腐蝕設計要求：內置登機梯結構應滿足飛機的防腐蝕設計要求和結構防、排水設計要求，確保登機梯收容艙內無積水。

2.2 內置登機梯的基本結構

軍用飛機的總體布局相對緊湊，離地較高，機體及系統復雜，為登機梯預留的布置空間狹小。在滿足登離機功能的前提下，以對機身其他結構影響最小化為原則，翻轉折疊式內置登機梯Z向占用空間最小。

圖2為一種翻轉折疊式內置登機梯結構，由主梯和懸梯兩部分構成，主梯由口蓋、上下梯桿、腳踩踏板、滑軌以及鎖支座等組成。口蓋通過合頁與機體相連，主梯上梯桿一端通過轉軸與左隔框、右隔框框緣相連，下梯桿一端與口蓋相連，腳踩踏板一端搭接在滑軌上，可在一定范圍內作Y向移動，上、下梯桿以及腳踩踏板另一端通過轉軸連接。

圖2 翻轉折疊式內置登機梯

3 內置登機梯的可收放性研究

3.1 內置登機梯的工作原理

圖2為登機梯打開狀態示意圖，飛行員腳踏懸梯，同時手扶主梯輔助登機，隨后腳踩口蓋上的加強筋條和腳踩踏板，手扶飛機機身其他結構即可進入座艙。飛行員離機時與登機步驟相反，借助飛機機體、腳踩踏板、口蓋上的加強筋和懸梯離機。飛行員借助主梯作為攀援扶手時，主梯有向機體外（Z方向）運動的趨勢，通過腳踩踏板與滑軌的連接，約束其Z向運動；同時滑軌結構還約束了腳踩踏板沿轉軸（X軸）的轉動，從而保證了飛行員登離機的安全性和舒適性。

飛行員離機后，地勤人員首先將上、下懸梯折疊收放于口蓋內表面的筋條槽內，然后手動向上抬起腳踩踏板，使其沿轉軸(X軸)轉動，此時主梯上、下梯桿也隨之轉動，如圖3（a）所示；隨后將口蓋連同懸梯一起關閉至與機身蒙皮平齊狀態，最終整個內置登機梯都收藏在收容艙內，如圖3（b）所示，整個過程中主梯的運動最為關鍵。

圖3 內置登機梯半收起及收起狀態圖

3.2 主梯的可收放性原理設計[4]

登機梯在機身內部允許占用的Z向空間較小，其收納空間有限，主梯是該內置登機梯的主體結構，組成梯體的各零件結構以及它們相互之間的配合關系是實現登機梯可收放性功能的關鍵要素，也是難點。

通過分析，將主梯的結構運動簡化為平面機構運動，如圖4所示。合頁、滑軌均與機身固定，為固定構件，口蓋為主動件，腳踩踏板、上下梯桿為從動件；腳踩踏板與滑軌間存在1個高副運動，其余各構件之間的連接均為轉動副，活動構件共4個，平面機構的自由度為：

圖4 內置登機梯主梯平面機構簡圖

此機構的主動件數與機構自由度均為1，因此具有確定的運動軌跡。

影響內置登機梯機構運動軌跡和整體結構布局的主要是主梯上下梯桿、口蓋的長度以及它們與機身的連接關系。為簡化分析，將此4個構件獨立分析，將它們組成一個平面四連桿運動機構，如圖5所示。口蓋為主動件，上、下梯桿為從動件，各構件之間的連接均為轉動副。活動構件共3個，平面機構的運動自由度：

圖5 口蓋、梯桿平面運動簡圖（打開狀態）

此機構具有固定的運動軌跡。

結構設計中，內置登機梯需要達到的收放性功能要求包括；打開時，上梯體、下梯體展開并位于一條直線上，如圖6（a）所示；收縮及收起時，為達到所占空間最小化，使內置登機梯上、下梯桿及口蓋貼合于機身蒙皮，上梯體、下梯體、口蓋折疊并位于一條直線上；如圖6（b）所示為內置登機梯的收放運動簡圖。四桿機構長度滿足以下條件：

圖6 口蓋、梯桿運動軌跡圖

根據內置登機梯的位置布置，確定與機身相連的轉軸和合頁之間的直線距離L；結合機身的蒙皮開口大小確定口蓋的長度L以及最大開合角度α，按公式（3）、（4）可確定上、下梯桿的長度L、L；從而初步確定內置登機梯的主梯結構，實現登機梯的可收放性功能。

4 結論

1）將內置登機梯主梯結構簡化為平面四連桿機構并對其作平面機構運動分析，可獲得內置登機梯口蓋、上下梯桿、與機身相連的轉軸和合頁之間的直線距離以及口蓋的最大展開角度；

2）通過對內置登機梯主梯結構進行CATIA/DMU運動機構仿真分析及干涉檢查，仿真結果表明，此主梯的可收放性原理設計方法正確，能滿足內置登機梯可收放性使用要求。