民用飛機(jī)艙門(mén)試驗(yàn)研究綜述

甘亞?wèn)|，姚雄華，劉萬(wàn)春

（航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究所，西安 710089）

0 引言

艙門(mén)是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。飛機(jī)飛行過(guò)程中，由于機(jī)械故障或其他原因打開(kāi)增壓艙門(mén)會(huì)造成客艙突然失壓，影響飛機(jī)飛行安全和旅客生命財(cái)產(chǎn)安全；大型貨艙門(mén)打開(kāi)后，可能成為氣動(dòng)力作用的表面并影響飛機(jī)的操控性。

FAA在1980年發(fā)布了25部的第25～54號(hào)修正案，提高了運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)艙門(mén)的安全標(biāo)準(zhǔn)。1989年，在經(jīng)歷了兩次因B747貨艙門(mén)意外打開(kāi)而導(dǎo)致的災(zāi)難性事故后，美國(guó)航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)開(kāi)始了艙門(mén)設(shè)計(jì)和操作問(wèn)題的研究，并于1991年向FAA提出了改進(jìn)艙門(mén)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的建議。FAA于2004年5月3日發(fā)布了25～114號(hào)修正案，提高了艙門(mén)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)艙門(mén)開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證艙門(mén)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性、可行性、可靠性、安全性和對(duì)適航標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條款的符合性是艙門(mén)研制的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文總結(jié)近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員在飛機(jī)艙門(mén)試驗(yàn)方面所做的工作，通過(guò)對(duì)中國(guó)民用航空規(guī)章第25部《運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)條款要求的研究和解讀，參考相關(guān)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)提出的民用飛機(jī)艙門(mén)驗(yàn)證要求和方法，結(jié)合民用飛機(jī)艙門(mén)研制的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，研究總結(jié)出艙門(mén)研制過(guò)程中應(yīng)開(kāi)展的試驗(yàn)項(xiàng)目，提出試驗(yàn)?zāi)康模o出試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)建議。

1 艙門(mén)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

為了防止艙門(mén)在飛行過(guò)程中打開(kāi)進(jìn)而威脅飛行安全，艙門(mén)設(shè)計(jì)方案中采取設(shè)置一個(gè)閂系統(tǒng)、一個(gè)鎖系統(tǒng)、指示系統(tǒng)、一種增壓預(yù)防措施等多重舉措提高艙門(mén)對(duì)失效、故障和人為失誤的容錯(cuò)性，多重功能措施集成為一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)原理的正確性、可行性，系統(tǒng)集成的協(xié)調(diào)性、可靠性、安全性，艙門(mén)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的承載能力等都應(yīng)該通過(guò)計(jì)算分析并結(jié)合必要的試驗(yàn)予以驗(yàn)證，確保艙門(mén)的使用安全和飛機(jī)的飛行安全。

J.P.Dunne等介紹了波音公司開(kāi)發(fā)的主動(dòng)損傷詢問(wèn)（ADI）技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展，利用該技術(shù)通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)艙門(mén)結(jié)構(gòu)振動(dòng)來(lái)探測(cè)、定位和評(píng)定艙門(mén)損傷，用于服役飛機(jī)艙門(mén)的損傷檢測(cè)和評(píng)定。

在適航符合性驗(yàn)證研究方面，武戎戎論述了民用飛機(jī)艙門(mén)適航符合性驗(yàn)證的要求；丁立冬從試驗(yàn)規(guī)劃、試驗(yàn)構(gòu)型、試驗(yàn)文件要求、試驗(yàn)前內(nèi)部檢查等方面對(duì)民用飛機(jī)型號(hào)合格審定過(guò)程中地面試驗(yàn)的工作要點(diǎn)給出了建議。

在艙門(mén)重要的零組件驗(yàn)證研究方面，孫闊研究了氣動(dòng)載荷作用下碳纖維復(fù)合材料艙門(mén)結(jié)構(gòu)的變形試驗(yàn)測(cè)試方法，對(duì)測(cè)量結(jié)果與計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比分析；W.Buchs等研究了基于輕量化設(shè)計(jì)的碳纖維復(fù)合材料艙門(mén)鉸鏈臂，建立了一種電作動(dòng)器加載的試驗(yàn)裝置，在引入濕熱環(huán)境的條件下驗(yàn)證了艙門(mén)鉸鏈臂的承載能力以及試驗(yàn)結(jié)論與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的符合性；L.Zilberman等研究了一種無(wú)緊固件的整體復(fù)合材料艙門(mén)結(jié)構(gòu)及其梁的設(shè)計(jì)符合性驗(yàn)證方法。

在艙門(mén)環(huán)境試驗(yàn)研究方面，K.A.Khalil等提出了一種室內(nèi)模擬雪和混相結(jié)冰條件的方法，介紹了測(cè)試程序及相關(guān)結(jié)果；張曉等研究了結(jié)冰噴水系統(tǒng)供水壓力與供水流量、供氣壓力與供氣流量的關(guān)系，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證噴霧顆粒的均勻性。

在艙門(mén)功能機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證研究方面，張柁等通過(guò)對(duì)振動(dòng)環(huán)境下艙門(mén)鎖系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，提出了試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，該方法可用于艙門(mén)鎖系統(tǒng)振動(dòng)環(huán)境的可靠性評(píng)定；袁強(qiáng)飛、張偉等研究了某型飛機(jī)登機(jī)門(mén)提升機(jī)構(gòu)上拉桿卡滯工況下的載荷情況，驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果與柔性仿真計(jì)算結(jié)果的符合性。

艙門(mén)密封性能及艙門(mén)密封帶性能驗(yàn)證研究方面，渠濤等研究了不同截面形狀的飛機(jī)艙門(mén)橡膠密封件在不同條件下的動(dòng)摩擦性能，介紹了性能試驗(yàn)裝置；景月娟提出了一種自動(dòng)化的嵌入式飛機(jī)艙門(mén)密封帶測(cè)試系統(tǒng)，支持密封帶的疲勞試驗(yàn)、壓力降試驗(yàn)和爆破試驗(yàn)。

新的適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)艙門(mén)的功能、可靠性、安全性等提出了更高的要求，新設(shè)計(jì)的艙門(mén)采用的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)功能構(gòu)成更加復(fù)雜。分析和總結(jié)艙門(mén)在研制和使用過(guò)程中容易出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和部位，研究在飛機(jī)艙門(mén)研制過(guò)程中有必要開(kāi)展的設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目和適航驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目及其試驗(yàn)實(shí)施方法，對(duì)于艙門(mén)滿足功能、性能等設(shè)計(jì)要求、使用要求、持續(xù)適航要求以及在設(shè)計(jì)階段制定合理的試驗(yàn)規(guī)劃，有現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。

2 艙門(mén)試驗(yàn)

在民用飛機(jī)艙門(mén)研制中，如果決定采用全新的、未經(jīng)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方案，就應(yīng)該開(kāi)展樣機(jī)制造和試驗(yàn)，全面驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。僅依賴(lài)于計(jì)算機(jī)模擬仿真和分析還不足以支持艙門(mén)研制的成功和使用安全，過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)表明，開(kāi)展樣機(jī)制造和試驗(yàn)工作的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于成本支出。

艙門(mén)設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)通常需要開(kāi)展艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、增壓試驗(yàn)、艙門(mén)耐久性試驗(yàn)等項(xiàng)目，對(duì)應(yīng)急出口艙門(mén)，還應(yīng)根據(jù)需要開(kāi)展高溫、低溫和結(jié)冰條件下的環(huán)境試驗(yàn)；適航驗(yàn)證試驗(yàn)主要包括起落架折斷姿態(tài)下的應(yīng)急出口打開(kāi)能力驗(yàn)證試驗(yàn)、應(yīng)急出口機(jī)上地面試驗(yàn)等項(xiàng)目。

2.1 艙門(mén)設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1.1 艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理試驗(yàn)

在艙門(mén)概念設(shè)計(jì)工作收斂到兩三種類(lèi)型時(shí)，開(kāi)展艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理試驗(yàn)，驗(yàn)證艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理的可行性和正確性；檢查艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可達(dá)性和維護(hù)通路；對(duì)收斂的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選型。

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理驗(yàn)證試驗(yàn)推薦采用1∶4的縮比機(jī)構(gòu)，對(duì)艙門(mén)結(jié)構(gòu)、門(mén)框結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分應(yīng)達(dá)到足夠的精度（建議的精度為：±0.25 mm）。

試驗(yàn)件的安裝姿態(tài)與裝機(jī)姿態(tài)保持一致，在試驗(yàn)件上分別施加增壓載荷、操作載荷、艙門(mén)工作過(guò)程中可能遇到的風(fēng)載和隨機(jī)載荷等，加載后對(duì)艙門(mén)做打開(kāi)和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，檢查艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在各種載荷工況下運(yùn)動(dòng)的靈活性、是否存在卡滯情況、艙門(mén)各功能子機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順序的正確性和狀態(tài)穩(wěn)定性，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真分析結(jié)果，判定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理方案的正確性。試驗(yàn)完成后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，完善、優(yōu)化并初步凍結(jié)艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理方案，可轉(zhuǎn)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。

2.1.2 全尺寸艙門(mén)系統(tǒng)試驗(yàn)

在艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成艙門(mén)初步方案設(shè)計(jì)后，開(kāi)展全尺寸樣機(jī)制造和試驗(yàn)，對(duì)艙門(mén)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的驗(yàn)證。

為了降低試驗(yàn)費(fèi)用，全尺寸艙門(mén)系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)艙門(mén)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和等效處理，經(jīng)簡(jiǎn)化和等效處理的艙門(mén)應(yīng)當(dāng)具有與裝機(jī)狀態(tài)艙門(mén)相當(dāng)?shù)膭偠群蛷?qiáng)度。

全尺寸艙門(mén)系統(tǒng)試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括但不僅限于：打開(kāi)/關(guān)閉功能試驗(yàn)、目視裝置檢查試驗(yàn)、艙門(mén)手柄力測(cè)量試驗(yàn)、增壓密封性能試驗(yàn)、增壓變形測(cè)量試驗(yàn)、增壓預(yù)防機(jī)構(gòu)泄壓試驗(yàn)、排水試驗(yàn)、2倍壓差增壓試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻試驗(yàn)、隨機(jī)載荷試驗(yàn)、風(fēng)載試驗(yàn)等項(xiàng)目。

（1）艙門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉功能試驗(yàn)

艙門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉功能試驗(yàn)全面驗(yàn)證和檢查全尺寸艙門(mén)集成后運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理的正確性，驗(yàn)證艙門(mén)各功能子機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序正確、艙門(mén)打開(kāi)過(guò)程中以及完全關(guān)閉、上閂和上鎖后能夠運(yùn)動(dòng)到預(yù)期的位置且狀態(tài)確定；應(yīng)急出口類(lèi)艙門(mén)完全打開(kāi)后能夠自動(dòng)鎖定；艙門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)期的晃動(dòng)。

艙門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉功能試驗(yàn)中不考慮除了操作載荷外的其他載荷情況。在試驗(yàn)臺(tái)架上通過(guò)手柄打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén)，檢查打開(kāi)過(guò)程中艙門(mén)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)的靈活性、艙門(mén)關(guān)閉后的間隙、階差及位置穩(wěn)定性。試驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)生卡滯、操作力較大的突變、行程終點(diǎn)不到位、超出預(yù)期的晃動(dòng)等現(xiàn)象，則表明艙門(mén)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能滿足功能需求，應(yīng)依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果結(jié)合仿真分析，定位問(wèn)題，改進(jìn)設(shè)計(jì)。

艙門(mén)的打開(kāi)/關(guān)閉功能在裝機(jī)生產(chǎn)圖樣發(fā)放前就應(yīng)得到充分的驗(yàn)證，驗(yàn)證不充分可能導(dǎo)致艙門(mén)和門(mén)框結(jié)構(gòu)的重大更改，會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)的研制進(jìn)度，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）目視裝置檢查試驗(yàn)

對(duì)于未上閂可能有危險(xiǎn)的艙門(mén)，在艙門(mén)上設(shè)置機(jī)械指示裝置（目視裝置）供操作人員判斷艙門(mén)是否已經(jīng)完全關(guān)閉、上閂和上鎖。目視裝置檢查試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)機(jī)械指示裝置指示位置的正確性、唯一性以及位置是否合理和方便觀察。

在艙門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉兩種狀態(tài)下，分別檢查機(jī)械指示裝置顯示內(nèi)容正確和位置確定，不會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)的和不可預(yù)期的變化，外力碰觸機(jī)械指示裝置時(shí)，應(yīng)能保持位置不變。

（3）艙門(mén)操作手柄力測(cè)量試驗(yàn)

對(duì)于手動(dòng)操作打開(kāi)和關(guān)閉的艙門(mén)，通過(guò)測(cè)量操作艙門(mén)的手柄力，驗(yàn)證產(chǎn)品操作力滿足使用要求。

通過(guò)操作手柄打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén)，借助扭矩扳手或測(cè)力傳感器測(cè)量艙門(mén)手柄上的操作力，建議的測(cè)量方法如圖1所示。試驗(yàn)中手柄力測(cè)量時(shí)，對(duì)于有把手的“T”型手柄，手柄力測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在把手上；對(duì)于沒(méi)有把手的“L”型直柄手柄，手柄力測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在手柄上距離轉(zhuǎn)軸2/3處。

圖1 艙門(mén)手柄力測(cè)量示意圖Fig.1 Diagram of door handle force measurement

正常打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén)時(shí)，手動(dòng)操作力應(yīng)不大于225 N，快速打開(kāi)艙門(mén)時(shí)，手動(dòng)操作力應(yīng)不大于334 N，試驗(yàn)中測(cè)得的手柄力大于規(guī)定的力值時(shí)，表明不滿足設(shè)計(jì)和使用要求，應(yīng)當(dāng)調(diào)整艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)或者改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（4）增壓密封性能試驗(yàn)

增壓密封性能試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)的氣密密封性能，在密封試驗(yàn)艙上開(kāi)展試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如圖2所示。

圖2 艙門(mén)增壓密封性能試驗(yàn)安裝示意圖Fig.2 Installation of door pressure test

艙門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)空氣壓縮機(jī)向密封試驗(yàn)艙按10%級(jí)差逐級(jí)充壓，首先按最大充壓0.5倍壓差進(jìn)行預(yù)試，再進(jìn)行最大充壓1倍壓差試驗(yàn)。試驗(yàn)中在每一級(jí)壓力下檢查艙門(mén)漏氣情況。測(cè)量的泄露量超出飛機(jī)總體技術(shù)文件規(guī)定的數(shù)值時(shí)，則可判斷密封性能不滿足設(shè)計(jì)要求，分析漏氣的可能原因并進(jìn)行處置后重新進(jìn)行試驗(yàn)，直至泄漏量滿足技術(shù)文件規(guī)定的要求。

飛機(jī)全機(jī)氣密試驗(yàn)中漏氣源通常主要集中在艙門(mén)區(qū)域，開(kāi)展艙門(mén)增壓密封性能試驗(yàn)，提前發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)缺陷和問(wèn)題，能有效支持全機(jī)氣密試驗(yàn)的順利開(kāi)展。

（5）增壓變形測(cè)量試驗(yàn)

增壓變形測(cè)量試驗(yàn)在艙門(mén)增壓密封性能試驗(yàn)完成后開(kāi)展，驗(yàn)證艙門(mén)的剛度滿足設(shè)計(jì)和使用要求，驗(yàn)證艙門(mén)在1倍壓差載荷工況下的間隙和階差滿足飛機(jī)總體氣動(dòng)外緣公差控制要求。

試驗(yàn)裝置如圖2所示，在艙門(mén)完全關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)空氣壓縮機(jī)向密封試驗(yàn)艙按10%級(jí)差逐級(jí)充壓到1倍壓差，測(cè)量每一級(jí)壓力下艙門(mén)的間隙和階差。對(duì)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，判斷艙門(mén)結(jié)構(gòu)剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)減重優(yōu)化設(shè)計(jì)提供支持。

艙門(mén)剛度過(guò)大會(huì)付出額外的重量代價(jià)，剛度不足又會(huì)導(dǎo)致艙門(mén)漏氣和氣動(dòng)外緣不滿足飛機(jī)總體要求，開(kāi)展艙門(mén)增壓變形測(cè)量試驗(yàn)對(duì)控制艙門(mén)結(jié)構(gòu)重量、保證艙門(mén)氣密密封性能和控制飛機(jī)氣動(dòng)外緣公差是很有必要的。

（6）增壓預(yù)防機(jī)構(gòu)泄壓試驗(yàn)

增壓預(yù)防機(jī)構(gòu)泄壓試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)艙門(mén)關(guān)閉、泄壓門(mén)打開(kāi)狀態(tài)，以飛機(jī)壓力活門(mén)最大調(diào)定值增壓時(shí)，艙內(nèi)壓力不會(huì)超過(guò)3.45 kPa。

增壓預(yù)防機(jī)構(gòu)是增壓艙門(mén)一項(xiàng)重要的安全性功能措施，防止增壓艙門(mén)未完全關(guān)閉、上閂和上鎖時(shí)將飛機(jī)增壓到不安全的水平，通過(guò)該試驗(yàn)，驗(yàn)證執(zhí)行艙門(mén)增壓預(yù)防功能的泄壓門(mén)打開(kāi)角度和開(kāi)口尺寸滿足安全性要求。

試驗(yàn)裝置如圖2所示，在艙門(mén)完全關(guān)閉、上閂和上鎖狀態(tài)，通過(guò)手柄操作打開(kāi)艙門(mén)鎖機(jī)構(gòu)和泄壓門(mén)，并用專(zhuān)用夾具保持狀態(tài)，以飛機(jī)壓力活門(mén)最大調(diào)定值向密封試驗(yàn)艙充壓，測(cè)量艙內(nèi)壓力變化。艙內(nèi)壓力如果超過(guò)3.45 kPa，則表明設(shè)計(jì)方案不能滿足安全性要求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（7）排水試驗(yàn)

排水試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)排水通路的暢通性和是否會(huì)存在積水情況。

保持艙門(mén)處于地面裝機(jī)姿態(tài)，向艙門(mén)結(jié)構(gòu)內(nèi)部每一區(qū)域注水，靜置30 min后檢查艙門(mén)結(jié)構(gòu)內(nèi)部每一區(qū)域是否存在積水，如果存在明顯的積水，則表明艙門(mén)結(jié)構(gòu)排水通路不暢，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

在艙門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，排水通路很容易被忽視。排水通路不暢會(huì)造成雨水、冷凝水等在艙門(mén)結(jié)構(gòu)上積聚，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)腐蝕，補(bǔ)打排水孔又可能會(huì)引起強(qiáng)度問(wèn)題和應(yīng)力集中，因此，在研制階段就應(yīng)該通過(guò)試驗(yàn)確保排水通路暢通。

（8）2倍壓差增壓試驗(yàn)

2倍壓差增壓試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)結(jié)構(gòu)的承壓能力。艙門(mén)結(jié)構(gòu)按2倍壓差設(shè)計(jì)，保證艙門(mén)在壓調(diào)系統(tǒng)故障、增壓艙壓力大于1倍壓差時(shí)仍然能夠安全的工作。飛機(jī)增壓飛行中艙門(mén)結(jié)構(gòu)破壞可能造成增壓艙突然失壓并導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

試驗(yàn)裝置如圖2所示。在艙門(mén)梁、框、蒙皮、止動(dòng)塊、鎖閂等重要承力部位粘貼應(yīng)變片，艙門(mén)處于完全關(guān)閉、上閂和上鎖狀態(tài)，通過(guò)空氣壓縮機(jī)向密封試驗(yàn)艙按10%級(jí)差逐級(jí)充壓到1.33倍壓差，測(cè)量并記錄每一貼片位置的應(yīng)力和應(yīng)變，自然泄壓后檢查艙門(mén)結(jié)構(gòu)的永久變形和破壞情況，沒(méi)有出現(xiàn)永久變形和破壞時(shí)，重新按10%級(jí)差逐級(jí)充壓到2倍壓差，測(cè)量并記錄每一貼片位置的應(yīng)力和應(yīng)變，自然泄壓后檢查艙門(mén)結(jié)構(gòu)的永久變形和破壞情況。

在2倍壓差載荷下，允許艙門(mén)結(jié)構(gòu)存在變形和漏氣情況，只要艙門(mén)結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)破壞，能夠可靠的保持處在鎖定位置即可判定為滿足設(shè)計(jì)要求。

（9）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻試驗(yàn)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)異物阻礙艙門(mén)運(yùn)動(dòng)功能時(shí)，在人能施加的最大操作力下艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)破壞，消除卡阻后艙門(mén)仍然具備打開(kāi)能力。

艙門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有異物進(jìn)入后，可能在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部位形成卡阻，這種故障由于內(nèi)裝飾的遮擋不容易被發(fā)現(xiàn)。在這種情況下打開(kāi)艙門(mén)時(shí)，由于操作人員不知道卡阻情況的存在，可能會(huì)盡力開(kāi)門(mén)，造成艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的破壞。

艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中容易產(chǎn)生異物卡阻的部位主要包括手柄機(jī)構(gòu)、鎖機(jī)構(gòu)、閂機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置、增壓預(yù)防機(jī)構(gòu)等。在艙門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)專(zhuān)用夾具分別限制和固定確定的卡阻部位，然后在手柄上施加1 360 N的開(kāi)門(mén)載荷，卸載后檢查艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部件的永久變形和破壞情況，如果出現(xiàn)影響艙門(mén)功能的永久變形和破壞，則可判定艙門(mén)機(jī)構(gòu)承載能力不滿足使用要求，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

（10）隨機(jī)載荷試驗(yàn)

隨機(jī)載荷試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)在承受非預(yù)期的隨機(jī)載荷情況下，艙門(mén)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)破壞。

試驗(yàn)內(nèi)容和載荷工況：

艙門(mén)處于完全關(guān)閉、上閂和上鎖位置時(shí)：在艙門(mén)任意位置施加向下1 360 N的載荷、在艙門(mén)任意位置施加任意方向680 N的載荷。

艙門(mén)處于打開(kāi)的任意位置時(shí)：在艙門(mén)任意位置施加向下1 360 N的載荷、在艙門(mén)任意位置施加任意方向680 N的載荷。

按上述4種加載要求，分別在艙門(mén)結(jié)構(gòu)上施加載荷，卸載后檢查艙門(mén)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)破壞。

旅客出入飛機(jī)、物資裝卸、地面服務(wù)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，都有可能接觸和碰撞艙門(mén)，造成艙門(mén)經(jīng)受不可預(yù)期的載荷。國(guó)內(nèi)過(guò)去在艙門(mén)設(shè)計(jì)中對(duì)隨機(jī)載荷的考慮比較少，很少開(kāi)展相關(guān)的試驗(yàn)。以往的航空事故統(tǒng)計(jì)表明，不可預(yù)期的隨機(jī)載荷造成的艙門(mén)損傷和破壞事故常有發(fā)生，在今后艙門(mén)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證中，應(yīng)重視這種載荷工況。

（11）風(fēng)載試驗(yàn)

通過(guò)艙門(mén)風(fēng)載試驗(yàn)，驗(yàn)證艙門(mén)經(jīng)受不大于地面水平74 km/h風(fēng)速時(shí)能夠順利打開(kāi)，驗(yàn)證艙門(mén)完全打開(kāi)、保持打開(kāi)機(jī)構(gòu)上鎖狀態(tài)時(shí)能夠承受120 km/h水平風(fēng)速的作用。

艙門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，在艙門(mén)結(jié)構(gòu)上施加水平74 km/h正面迎風(fēng)等效載荷，手動(dòng)打開(kāi)艙門(mén)，在不超過(guò)1 360 N操作載荷下艙門(mén)能夠順利打開(kāi)，表明艙門(mén)設(shè)計(jì)滿足使用要求；如果不能打開(kāi)，則需要考慮增加輔助助力措施。

艙門(mén)完全打開(kāi)且保持打開(kāi)機(jī)構(gòu)上鎖的狀態(tài)，在艙門(mén)結(jié)構(gòu)上分別施加順航向、逆航向和垂直于飛機(jī)對(duì)稱(chēng)平面的120 km/h迎風(fēng)等效載荷，艙門(mén)能夠保持狀態(tài)、保持打開(kāi)機(jī)構(gòu)不會(huì)開(kāi)鎖和破壞、艙門(mén)不會(huì)因晃動(dòng)碰撞機(jī)身，則表明設(shè)計(jì)滿足使用要求。

2.1.3 應(yīng)急出口艙門(mén)結(jié)冰打開(kāi)試驗(yàn)

在高寒地區(qū)及凍雨環(huán)境下，應(yīng)急出口艙門(mén)區(qū)域可能結(jié)冰，影響打開(kāi)功能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，驗(yàn)證應(yīng)急出口艙門(mén)在結(jié)冰情況下是否能夠順利打開(kāi)，為機(jī)上人員提供應(yīng)急撤離通路。

艙門(mén)及臺(tái)架置于環(huán)境試驗(yàn)箱（室），將試驗(yàn)箱（室）溫度調(diào)至艙門(mén)表面結(jié)冰的溫度-10～-1℃并保持，將溫度接近于冰點(diǎn)（0～3℃）的水呈細(xì)霧狀噴灑在艙門(mén)外表面，使門(mén)區(qū)形成堅(jiān)硬、透亮的不超過(guò)6 mm厚的雨冰，在手柄上施加1 360 N的操作力，艙門(mén)應(yīng)能打開(kāi)。如果無(wú)法打開(kāi)艙門(mén)，則表明設(shè)計(jì)不滿足使用要求，需要結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析原因并進(jìn)行改進(jìn)。

2.1.4 全尺寸艙門(mén)耐久性試驗(yàn)

通過(guò)艙門(mén)耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證艙門(mén)在全壽命周期內(nèi)是否能夠可靠的工作、艙門(mén)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是否會(huì)出現(xiàn)影響使用功能的疲勞損傷和破壞。

定義打開(kāi)1次艙門(mén)和關(guān)閉1次艙門(mén)為1個(gè)艙門(mén)操作循環(huán)，飛機(jī)1個(gè)飛行循環(huán)執(zhí)行2個(gè)艙門(mén)操作循環(huán)。艙門(mén)全壽命操作循環(huán)次數(shù)至少取飛機(jī)全壽命飛行循環(huán)次數(shù)的2.5倍。在試驗(yàn)臺(tái)架上交替使用內(nèi)手柄和外手柄打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén)，連續(xù)進(jìn)行規(guī)定的開(kāi)關(guān)次數(shù)后，對(duì)艙門(mén)進(jìn)行一次詳細(xì)檢查，確認(rèn)沒(méi)有故障和損壞后繼續(xù)試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)按計(jì)劃維修任務(wù)進(jìn)行潤(rùn)滑和維護(hù)，定期檢查和更換消耗件和易損件，完成全部的艙門(mén)操作循環(huán)后對(duì)艙門(mén)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢查，艙門(mén)主承力結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)影響功能的損傷和破壞。

增壓艙門(mén)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，檢查空間狹小，艙門(mén)內(nèi)表面有內(nèi)裝飾包覆，艙門(mén)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷和破壞時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)帶故障飛行則可能威脅飛行安全。開(kāi)展耐久性試驗(yàn)對(duì)艙門(mén)進(jìn)行驗(yàn)證，能夠在很大程度上避免故障的發(fā)生。

2.2 適航驗(yàn)證試驗(yàn)

2.2.1 起落架折斷姿態(tài)應(yīng)急出口打開(kāi)能力驗(yàn)證試驗(yàn)

驗(yàn)證應(yīng)急出口艙門(mén)對(duì)§25.809（b）（1）、§25.809（d）、§25.809（e）條款的符合性。

試驗(yàn)裝置如圖3所示，模擬飛機(jī)處于正常地面姿態(tài)和在一根或幾根起落架支柱折斷時(shí)的每一種姿態(tài)時(shí)，分別用內(nèi)手柄和外手柄手動(dòng)打開(kāi)應(yīng)急出口艙門(mén)。在各種可能的艙門(mén)姿態(tài)下，在不超過(guò)1 360 N操作力下艙門(mén)能夠順利打開(kāi)，表明艙門(mén)設(shè)計(jì)滿足適航要求，如果不能打開(kāi)，則需要考慮改進(jìn)設(shè)計(jì)或增加輔助助力措施。

圖3 起落架折斷姿態(tài)應(yīng)急出口打開(kāi)能力驗(yàn)證試驗(yàn)安裝示意圖Fig.3 Bench installation of certification test of emergency exit opening on the simulation of attitudes corresponding to the landing gear collapse

2.2.2 應(yīng)急出口機(jī)上地面試驗(yàn)

驗(yàn) 證 應(yīng) 急 出 口 艙 門(mén) 對(duì)§25.783（e）、§25.783（f）、§25.809（b）（2）、§25.809（b）（3）、§25.809（c）、§25.809（e）條款的符合性。

應(yīng)急出口艙門(mén)機(jī)上地面試驗(yàn)內(nèi)容包括指示告警系統(tǒng)和目視檢查試驗(yàn)、應(yīng)急出口打開(kāi)試驗(yàn)。

（1）指示告警系統(tǒng)和目視檢查試驗(yàn)

飛機(jī)處于地面正常停機(jī)姿態(tài)，系統(tǒng)通電，在應(yīng)急出口艙門(mén)處于打開(kāi)和處于完全關(guān)閉、上閂和上鎖兩種狀態(tài)下，檢查駕駛艙內(nèi)艙門(mén)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖頁(yè)顯示信息、在運(yùn)行照明條件下或者通過(guò)手電筒或同等光源的手段下檢查應(yīng)急出口艙門(mén)機(jī)械指示裝置的顯示情況，顯示信息符合經(jīng)批準(zhǔn)的技術(shù)文件要求，表明指示告警系統(tǒng)和目視檢查措施滿足適航要求。

（2）應(yīng)急出口打開(kāi)試驗(yàn)

飛機(jī)處于地面正常停機(jī)姿態(tài)，分別在艙內(nèi)和艙外操作手柄快速打開(kāi)艙門(mén)并測(cè)量開(kāi)門(mén)時(shí)間，從開(kāi)門(mén)裝置啟動(dòng)到艙門(mén)完全打開(kāi)，不超過(guò)10 s，則表明艙門(mén)設(shè)計(jì)滿足適航要求。

3 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

除了應(yīng)急出口機(jī)上地面試驗(yàn)必須在飛機(jī)上進(jìn)行外，大部分的艙門(mén)試驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，本文提出三種試驗(yàn)臺(tái)架方案，供在規(guī)劃和設(shè)計(jì)艙門(mén)試驗(yàn)時(shí)參考使用。

3.1 立柱試驗(yàn)臺(tái)架

立柱臺(tái)架用于開(kāi)展艙門(mén)部件選型試驗(yàn)、非氣密載荷工況下的艙門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉功能試驗(yàn)、艙門(mén)手柄力測(cè)量試驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡阻試驗(yàn)、隨機(jī)載荷試驗(yàn)、風(fēng)載試驗(yàn)、艙門(mén)耐久性試驗(yàn)等項(xiàng)目，由固定支撐部件（立柱）和門(mén)框假件組成，如圖4所示。

圖4 立柱臺(tái)架示意圖Fig.4 The bench of door surround structures

3.2 密封試驗(yàn)艙

密封試驗(yàn)艙用于開(kāi)展艙門(mén)密封性能試驗(yàn)、排水試驗(yàn)、結(jié)冰試驗(yàn)、艙門(mén)增壓試驗(yàn)等項(xiàng)目。在立柱臺(tái)架上開(kāi)展的試驗(yàn)都可以在密封試驗(yàn)艙上開(kāi)展。密封試驗(yàn)艙包括門(mén)框及壁板、封閉盒段，如圖5所示。

圖5 密封試驗(yàn)艙示意圖Fig.5 Door′s sealing test cabin

3.3 姿態(tài)調(diào)節(jié)臺(tái)架

姿態(tài)調(diào)節(jié)臺(tái)架由調(diào)節(jié)工作臺(tái)面、底座和作動(dòng)筒組成，如圖6所示。姿態(tài)調(diào)節(jié)臺(tái)架與立柱臺(tái)架或者密封試驗(yàn)艙配套使用，用于模擬飛機(jī)處于正常地面姿態(tài)和一根或幾根起落架支柱折斷時(shí)的每一種飛機(jī)姿態(tài)，開(kāi)展應(yīng)急出口艙門(mén)打開(kāi)能力驗(yàn)證試驗(yàn)。

圖6 姿態(tài)調(diào)節(jié)臺(tái)架示意圖Fig.6 Doors′attitude adjustment bench

4 試驗(yàn)設(shè)備及量器具

開(kāi)展艙門(mén)設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)和適航驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)可能用到的主要試驗(yàn)設(shè)備及量器具如表1所示，開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)，所有的試驗(yàn)設(shè)備及儀器應(yīng)在校驗(yàn)期內(nèi)。

表1 試驗(yàn)可能用到的試驗(yàn)設(shè)備及量器具匯總表Table 1 The list of test equipments and measuring tools for the door tests

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)民用飛機(jī)艙門(mén)試驗(yàn)研究進(jìn)行了回顧，總結(jié)并提出了民用飛機(jī)艙門(mén)研制過(guò)程中，為了降低研制風(fēng)險(xiǎn)、提高艙門(mén)研制成功率和服役使用安全，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展的艙門(mén)設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)、適航驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目，提出了試驗(yàn)?zāi)康摹⒅匾脑囼?yàn)參數(shù)建議和試驗(yàn)判據(jù)，闡述了開(kāi)展試驗(yàn)的作用、意義和必要性，給出了艙門(mén)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)建議，列出了試驗(yàn)可能用到的主要試驗(yàn)設(shè)備及量器具清單，對(duì)今后艙門(mén)試驗(yàn)驗(yàn)證的研究具有一定的促進(jìn)作用。

隨著艙門(mén)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累、仿真分析技術(shù)的不斷發(fā)展、數(shù)字化虛擬仿真試驗(yàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在今后的試驗(yàn)工作中，研究和探索虛擬仿真試驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合的艙門(mén)試驗(yàn)驗(yàn)證新方法，以降低試驗(yàn)成本，縮短試驗(yàn)周期，滿足未來(lái)民用飛機(jī)的研制需求和對(duì)艙門(mén)安全性的要求。

艙門(mén)試驗(yàn)通常是在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)施的，與飛機(jī)的實(shí)際使用條件存在差異，有時(shí)候成功的驗(yàn)證試驗(yàn)證明是一項(xiàng)好的設(shè)計(jì)，但在飛機(jī)服役后仍然會(huì)暴露出一些問(wèn)題，比如腐蝕問(wèn)題等，這就需要持續(xù)追蹤和統(tǒng)計(jì)飛機(jī)服役中出現(xiàn)的各種故障和損傷，研究在今后的試驗(yàn)中引入環(huán)境條件，構(gòu)建接近實(shí)際使用條件的試驗(yàn)方法，為艙門(mén)的成功研制提供支撐。