登機橋靠接B787 機型前門的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進

張 偉，吳國云，張 滿

（深圳市機場股份有限公司，廣東 深圳 518100）

0 引言

在飛機大氣數(shù)據(jù)計算機中，迎角大小與飛機的升力和阻力密切相關(guān)［1-2］。迎角傳感器的輸出經(jīng)補償計算后變?yōu)檎鎸嵱?，并把信號傳輸給儀表顯示和失速警告系統(tǒng)［3-4］。當實際迎角接近臨界迎角而使飛機有失速的危險時，失速警告系統(tǒng)即發(fā)出各種形式的報警信號［5］。

某機場登機橋正常靠接B787 機型后，飛機迎角傳感器（風(fēng)標式）與左遮篷緩沖器之間距離僅有20 ～30 mm。圖1 所示為登機橋距離飛機前門0.5 m 示意圖，當靠橋操作人員因操作不當，短時間內(nèi)以較大速度靠接飛機時，極易造成遮篷與飛機迎角傳感器碰撞，多個機場發(fā)生過登機橋靠接時引起迎角器損毀事故［6-7］。另一方面，當飛機上下旅客過程中出現(xiàn)左右方向偏移、登機橋晃動等情況時，其較小間隙也存在很大的擦碰風(fēng)險［8-9］。為了規(guī)避風(fēng)險，許多機場在靠接B787飛機機型時，只靠接飛機中門，未靠接位于迎角傳感器附近的前門，也間接導(dǎo)致旅客服務(wù)質(zhì)量和效率的降低［10-11］。

圖1 登機橋距離飛機前門0.5 m示意圖

湯蓉蓉等［12］提出通過先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇輕量化鋁合金材料和工件成型技術(shù)以優(yōu)化汽車構(gòu)造質(zhì)量，提升車身性能。劉前程等［13］利用重要度分析、故障模式影響與危害度分析等方法找到影響產(chǎn)品故障的最重要部件，為可靠性設(shè)計提供準確的方向，最大程度降低整機產(chǎn)品故障率。羅良清等［14］研究組合式登機橋通道接合部高強度螺栓群靜力強度、疲勞壽命等，對登機橋立柱框架進行穩(wěn)定性分析。

為盡可能降低登機橋接機口左遮篷與迎角傳感器干涉的風(fēng)險，有效提升保障服務(wù)質(zhì)量和效率。本文通過研究分析，提出了4 種減少登機橋接機口與B787 迎角傳感器干涉風(fēng)險的方案。根據(jù)干涉風(fēng)險、墜落風(fēng)險、接機難度、實施難度4 個方面分析比較，進行最優(yōu)化選擇。

1 靠接理論分析

經(jīng)現(xiàn)場實際測量，得到旅客登機橋正?？拷覤787機型后其接機口與飛機迎角傳感器間的相對距離數(shù)據(jù)。圖2 所示為登機橋與迎角傳感器三維距離示意圖，結(jié)合實際對接標準及理論數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)如下。

圖2 登機橋與迎角傳感器三維距離示意圖

X向：以紅線和飛機前門左門縫下端為基準線，考慮接機X向誤差，迎角傳感器尖頭位于左遮棚最左外沿向右44 ～144 mm，即都位于左遮篷區(qū)域內(nèi)。

Y向：以登機橋地板左前沿上表面為基準，考慮接機Y向誤差，迎角傳感器中心點位于地板上表面向上5～55 mm，即均位于登機橋接機口構(gòu)件范圍內(nèi)。

Z向：以飛機艙門下沿水平延長線為基準，考慮接機Z向誤差，迎角傳感器尖頭距登機橋地板左前沿距離A為20 ～30 mm。

從上述分析可知，旅客登機橋接機口前沿與飛機迎角傳感器的Z 向距離僅為20 ～30 mm，靠接時對操作者的要求較高，因此有必要提高Z向安全距離。

如式（1）所示，假設(shè)某型號登機橋的質(zhì)量m，迎角傳感器受旅客登機橋沖擊力為F，碰撞過程產(chǎn)生沖量I。登機橋靠接過程中是以初速度V逐漸下降，安全靠接上飛機時速度降為0，由沖量定理可知登機橋整個靠接過程中的沖量I一定。如式（2）～（3）所示，當增加登機橋左遮篷與飛機迎角傳感器距離x，可以使靠接時間t增加，即降低非正常靠接時登機橋?qū)︼w機迎角傳感器沖擊力F，從而消除登機橋?qū)︼w機迎角傳感器的破壞。

2 靠接設(shè)計方案選擇

為了消除登機橋左遮篷與B787 機型迎角傳感器的干涉問題，本文提出4 種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，具體如下。

方案1：僅拆除登機橋接機口左側(cè)緩沖器，即縮短接機口前沿防撞膠墊的長度，使迎角傳感器尖頭與登機橋遮篷左側(cè)之間的距離約為130 ～150 mm。

方案2：拆除接機口左側(cè)緩沖器，縮短接機口前沿防撞膠墊長度，同時與迎角傳感器對接處增加斜三角形肋板，防止旅客誤入發(fā)生墜落事故，并使迎角傳感器尖頭與登機橋遮篷左側(cè)之間的距離約為130 ～150 mm。

方案3：拆除接機口左側(cè)緩沖器，縮短接機口前沿防撞膠墊長度，將原有的活動地板左側(cè)往縱向切深100 mm的缺口，使迎角傳感器尖頭與登機橋遮篷左側(cè)之間的距離約為230 ～250 mm。

方案4：如圖3 靠接方案設(shè)計圖紙所示，在現(xiàn)有登機橋前沿基礎(chǔ)上往前增加100 mm的過渡梁，使迎角傳感器尖頭與登機橋遮篷左側(cè)之間的距離約為230 ～250 mm。

圖3 靠接方案設(shè)計

為實現(xiàn)雙橋靠接，降低登機橋接機口左側(cè)與迎角傳感器干涉的風(fēng)險。表1 所示為靠接方案對比分析，方案1 雖然實施難度低，但存在較大的墜落風(fēng)險，且仍存在較大的干涉風(fēng)險。方案2 增加斜三角形肋板與方案3 縱向切深100 mm的切口，均存在較大的施工難度。方案4干涉風(fēng)險較小，接機難度較低，實施難度一般，對設(shè)備影響小。在現(xiàn)有接機口前沿的基礎(chǔ)上增加100 mm寬的過渡梁，現(xiàn)場施工相對簡單，無需在機坪內(nèi)采用動火切割作業(yè)，只需重新打孔安裝觸機減速和觸機停止開關(guān)以及調(diào)平機構(gòu)。雖然方案4 存在一定墜落風(fēng)險，但增加的100 mm過渡梁使用輕質(zhì)量的結(jié)構(gòu)件材料，且過渡梁與活動地板采用高強度的螺栓連接，極大降低墜落風(fēng)險。

表1 靠接方案風(fēng)險對比分析

3 靠接結(jié)構(gòu)設(shè)計改進過程

根據(jù)上文采取的登機橋靠接B787 機型的方案，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計改進措施如下。

（1）先將原登機橋接機口前沿防撞膠墊取下，把新增的過渡梁與登機橋接機口的活動地板、接機口前沿連接處采用6 根螺栓和型號為M10 ×80 的螺母進行螺紋聯(lián)接，過渡梁長約2.5 m，寬約0.1 m。

（2）在已安裝過渡梁的前提下，因原有登機橋遮蓬行程桿變短，需更換設(shè)計加長后的遮篷行程桿，使遮篷撐開至最大行程，即保證遮篷向前移100 mm。

（3）將登機橋接機口右側(cè)調(diào)平輪機構(gòu)整體前移至100 mm位置處安裝固定，同時將接機口前沿處的觸機停止開關(guān)、超聲波開關(guān)相應(yīng)往前移動，并調(diào)整至合適方向，即將相應(yīng)保護裝置的安裝位置以面向航空器的方向，向前移100 mm，確保能在接機口安裝優(yōu)化設(shè)計后的過渡梁基礎(chǔ)上，登機橋靠接飛機時能夠正常觸發(fā)減速、停止等安全保護功能。

（4）最后在登機橋接機口左側(cè)（面向航空器方向），安裝一盞泛光燈，需調(diào)整至合適的角度，照射區(qū)域覆蓋接機口和防撞塊左側(cè)區(qū)域位置，接機口平行于飛機艙門處應(yīng)設(shè)計“禁止通行”的標志，在泛光燈提供照度的前提下，應(yīng)防止旅客闖入，產(chǎn)生墜落風(fēng)險。

圖4 所示為登機橋接機口增加過渡梁效果圖所示，在不針對接機口結(jié)構(gòu)作較大改變的前提下，增加100 mm 長的過渡梁，使登機橋接機口左側(cè)多出500 mm×200 mm（長×寬）的矩形缺口，即增加登機橋靠接B787 大型飛機時遮蓬與飛機迎角傳感器的間隙，通過增加靠接時間，以降低非正常靠接下登機橋與飛機迎角傳感器發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的沖擊力，可以消除登機橋與飛機迎角傳感器產(chǎn)生干涉風(fēng)險。

圖4 登機橋接機口增加過渡梁效果

4 設(shè)計改進后的結(jié)果

4.1 改進后結(jié)果測試

圖5 所示為接機口前沿加裝100 mm過渡梁，過渡梁表面敷設(shè)花紋鋁板，目的是為了增加摩擦力，防止旅客滑倒。

圖5 加裝100 mm過渡梁

本文通過對某公司的5座登機橋接機口進行結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，表2所示為改進后的登機橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離，改進后的5 座登機橋靠接B787 機型前門時，登機橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離均在210 ～310 mm之間，可有效消除登機橋接機口與B787 迎角傳感器干涉的風(fēng)險，滿足靠接B787機型前門的保障要求。

表2 改進后的登機橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離

4.2 改進后的登機橋沖擊力分析

現(xiàn)有某型號為三節(jié)通道旋轉(zhuǎn)伸縮式登機橋登機橋，其中通道A質(zhì)量6 754 kg，通道B質(zhì)量6 824 kg，通道C與接機平臺及接機口質(zhì)量15 214 kg，升降系統(tǒng)質(zhì)量3 154 kg，行走系統(tǒng)質(zhì)量2 860 kg。登機橋與飛機相距不到0. 5 m時，登機橋進入設(shè)定的蝸速模式，初始速度v1＝0. 18 km／h。

由式（1）～（3）可得出登機橋?qū)τ莻鞲衅鳑_擊力F和時間t的關(guān)系。本文僅分析靠接時間分別在10 s 區(qū)間內(nèi)不同時間段內(nèi)登機橋靠接時對迎角傳感器沖擊力的變化。圖6 所示為沖擊力與時間的關(guān)系，沖擊力F在1 ～2 s靠接時間內(nèi)有個大坡度的下降，2 s 之后呈緩慢下降趨勢。因此只需要增加靠接時間，即降低登機橋靠接速度，即可以避免非正?？拷訝顩r下登機橋?qū)787機型的迎角傳感器產(chǎn)生較大的沖擊力。

圖6 沖擊力與時間的關(guān)系

5 結(jié)束語

本文根據(jù)沖量定理，對登機橋左側(cè)遮篷靠接B787 機型時與飛機迎角傳感器發(fā)生干涉的問題展開理論分析，提出增加靠接時間，以降低非正?？拷酉碌菣C橋與飛機迎角傳感器發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的沖擊力。通過增加登機橋左側(cè)遮篷與迎角傳感器Z向的安全緩沖距離，提出4 種有效解決方案，最后從干涉風(fēng)險、墜落風(fēng)險、接機難度、實施難度方面展開分析比較，決定采用在接機口前沿增加100 mm過渡梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進方案。

改進后的五座登機橋靠接B787 機型前門時，登機橋遮篷左側(cè)構(gòu)件與迎角傳感器距離均在210 ～310 mm之間，能夠有效消除登機橋接機口與B787 迎角傳感器干涉的風(fēng)險，滿足靠接B787 機型前門的保障要求。