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【关键词】民用飞机;机身;客舱地板;结构布置;载荷传递
客舱地板是机身结构的重要组成部分,为客舱内主要设备(包括座椅、厨房、盥洗室等)提供支持,为旅客及乘务员提供活动平台,主要承受载荷是客舱内设备及旅客的惯性载荷,同时地板横梁在增压载荷时为机身壁板提供支撑,地板横梁通过接头与框相连,使其上部和下部成为一个整体,平衡机身增压时在横梁接头处产生的侧向应力,同时将机身分为上下两个舱[1]。典型机身客舱地板截面如图1所示。
本文介绍了典型的客舱地板结构方案以及飞机地板的传力分析,并综合比较了国内外民机客舱地板的典型结构,能够对国内民用飞机客舱地板的研制提供支持和借鉴。
客舱地板一般由横梁、纵梁(含滑轨)、立柱和面板组成。横梁两端一般固定于机身框,纵梁搭接在横梁上(根据总体布置,部分纵梁为座椅滑轨),面板安装在纵、横梁组成的支撑结构上,立柱在竖直方向连接横梁和框,为横梁提供竖直方向的支持。图2为地板典型结构示意图。
(一)地板横梁
地板横梁主要承受剪力及其引起的弯矩,常用地板横截面有“工”、“J”、“C”形等,在参数一致的条件下,惯性矩依次递减,因此截面建议优先选“工”形;在相同截面积的条件下,横梁高度越高,抗弯能力越強,即承载能力一定条件下,横梁高度越大,面积越小,重量越轻,故在不超出总体要求的前提下,地板横梁应尽量高。地板横梁立柱位置示意如图3。
(二)座椅滑轨
座椅滑轨用于安装旅客座椅,一般两根滑轨为一组,同组滑轨之间的距离需考虑旅客座椅的要求。滑轨上端凸缘处有凹槽,并制出孔用于座椅的安装。图4为国内外不同机型的座椅滑轨截面示意图。
(三)地板面板
地板面板选材为:碳纤维和玻璃布面板、芳纶蜂窝芯夹层结构板材。主要考虑的是强度、刚度、重量和耐腐蚀性能。地板面板应具有维护性要求,同时地板作为航线可更换单元(LRU,Line Replaceable Unit)部件,具备单面拆卸要求,尺寸大小分块足以让一个人就可以搬走。面板考虑了零件制造(镶嵌件制孔公差、螺栓与镶嵌件内孔间隙配合、弹簧夹螺母凸台公差)和地板安装的极限偏差以保证面板完全互换。
对于客舱地板的纵向载荷传递有两条路径:(1)通过座椅滑轨轴向传递;(2)通过面板剪切传递至边梁,再由斜拉杆或剪切板传递至机身长桁;对于客舱地板的垂向载荷的传递:座椅带来的垂向载荷经由滑轨直接传递给地板横梁,由地板弯曲承受,横梁将部分垂向载荷由立柱传递给下半框,同时横梁两端与框的连接将剩余垂向载荷传递给侧边框,同时对框产生弯矩;对于客舱地板的侧向载荷的传递:座椅带来的侧向载荷主要由滑轨传至地板横梁,由地板横梁传递给侧边框。
客舱地板的设计除考虑传统商载以外,应结合机身外形特点,选取合理的布置位置和布置形式,从而对自身变形和机身维形起到帮助的作用。客舱地板设计应选用适合受力形式的材料设计理念,分析材料性能并进行结构优化,最终达到减重的目的。了解和熟悉民机客舱地板结构的特点及其适用性,采用成熟有经验的设计方案,能够降低设计成本和风险。本文的研究能够对国内民用飞机客舱地板的设计具有借鉴意义。
客舱地板是机身结构的重要组成部分,为客舱内主要设备(包括座椅、厨房、盥洗室等)提供支持,为旅客及乘务员提供活动平台,主要承受载荷是客舱内设备及旅客的惯性载荷,同时地板横梁在增压载荷时为机身壁板提供支撑,地板横梁通过接头与框相连,使其上部和下部成为一个整体,平衡机身增压时在横梁接头处产生的侧向应力,同时将机身分为上下两个舱[1]。典型机身客舱地板截面如图1所示。
本文介绍了典型的客舱地板结构方案以及飞机地板的传力分析,并综合比较了国内外民机客舱地板的典型结构,能够对国内民用飞机客舱地板的研制提供支持和借鉴。
一、典型民机客舱地板结构
客舱地板一般由横梁、纵梁(含滑轨)、立柱和面板组成。横梁两端一般固定于机身框,纵梁搭接在横梁上(根据总体布置,部分纵梁为座椅滑轨),面板安装在纵、横梁组成的支撑结构上,立柱在竖直方向连接横梁和框,为横梁提供竖直方向的支持。图2为地板典型结构示意图。
(一)地板横梁
地板横梁主要承受剪力及其引起的弯矩,常用地板横截面有“工”、“J”、“C”形等,在参数一致的条件下,惯性矩依次递减,因此截面建议优先选“工”形;在相同截面积的条件下,横梁高度越高,抗弯能力越強,即承载能力一定条件下,横梁高度越大,面积越小,重量越轻,故在不超出总体要求的前提下,地板横梁应尽量高。地板横梁立柱位置示意如图3。
(二)座椅滑轨
座椅滑轨用于安装旅客座椅,一般两根滑轨为一组,同组滑轨之间的距离需考虑旅客座椅的要求。滑轨上端凸缘处有凹槽,并制出孔用于座椅的安装。图4为国内外不同机型的座椅滑轨截面示意图。
(三)地板面板
地板面板选材为:碳纤维和玻璃布面板、芳纶蜂窝芯夹层结构板材。主要考虑的是强度、刚度、重量和耐腐蚀性能。地板面板应具有维护性要求,同时地板作为航线可更换单元(LRU,Line Replaceable Unit)部件,具备单面拆卸要求,尺寸大小分块足以让一个人就可以搬走。面板考虑了零件制造(镶嵌件制孔公差、螺栓与镶嵌件内孔间隙配合、弹簧夹螺母凸台公差)和地板安装的极限偏差以保证面板完全互换。
二、载荷传递
对于客舱地板的纵向载荷传递有两条路径:(1)通过座椅滑轨轴向传递;(2)通过面板剪切传递至边梁,再由斜拉杆或剪切板传递至机身长桁;对于客舱地板的垂向载荷的传递:座椅带来的垂向载荷经由滑轨直接传递给地板横梁,由地板弯曲承受,横梁将部分垂向载荷由立柱传递给下半框,同时横梁两端与框的连接将剩余垂向载荷传递给侧边框,同时对框产生弯矩;对于客舱地板的侧向载荷的传递:座椅带来的侧向载荷主要由滑轨传至地板横梁,由地板横梁传递给侧边框。
三、结论
客舱地板的设计除考虑传统商载以外,应结合机身外形特点,选取合理的布置位置和布置形式,从而对自身变形和机身维形起到帮助的作用。客舱地板设计应选用适合受力形式的材料设计理念,分析材料性能并进行结构优化,最终达到减重的目的。了解和熟悉民机客舱地板结构的特点及其适用性,采用成熟有经验的设计方案,能够降低设计成本和风险。本文的研究能够对国内民用飞机客舱地板的设计具有借鉴意义。