艙門作為大型飛機特別是民用飛機中重要且特殊的運動部件,一般包括登機門、貨艙門、服務門和應急艙門等。長期以來,我國都缺乏關于大型飛機艙門部件的研究。在民用飛機領域中,與麥道公司的合作生產均是采用直接進口的方式處理艙門等部件,而在轉包生產過程中,盡管各制造廠為波音、空客等先進企業(yè)制造了各類艙門部件,但是具體設計業(yè)務沒有分給我們,僅僅局限于簡單制造。艙門主要包括結構和機構,其設計必須滿足剛度、強度、疲勞、可靠性等要求。本文系統(tǒng)地開展了相關研究工作:總結了空間機構運動學分析的理論基礎,對空間構件位姿描述、坐標變換方法等進行了概述�？偨Y了飛機艙門的組成、分布以及開合形式,對艙門機構的組成進行了分解,對其運動機理進行了分析。以CATIA軟件的KIN模塊作為平臺,進行了飛機艙門機構的運動學仿真,獲得了艙門開合過程中的空間路徑。通過開展登機艙門結構優(yōu)化設計研究,完成了以下工作內容:根據(jù)艙門結構CAD模型和載荷數(shù)據(jù),建立了結構有限元模型,完成了結構初始設計方案的有限元分析和強度校核;根據(jù)有限元分析結果,在滿足初始強度和剛度不減小的情況下,提出了兩種優(yōu)化方案,并且都滿足各項約束;建立了艙門機構仿真模型,對初始設計方案進行驗證,并無缺陷�？紤]了艙門完全關閉時密封帶壓縮量的影響,提出了兩種減小手柄力的改進方案。建立了機構可靠性優(yōu)化模型,提出了機構運動精度的可靠性優(yōu)化算法并對艙門拉桿機構進行了分析優(yōu)化,證明了所提出方法的可行性和有效性。通過開展維護艙門結構動力學分析與仿真,進行了艙門動力學建模,并進行了剛柔耦合驗證分析,模型建模準確,計算結果可靠;經(jīng)過三種方案對比,考慮結構和多體動力學因素,確定采用雙側對稱布置氣彈簧的結構,門體打開后通過機構氣彈簧過死點的設計鎖定機構;同時根據(jù)實際的試驗維護艙門狀態(tài)對有限元模型進行建模與更新.考慮密封帶的因素,最終與實驗對比結果一致。本文對某型飛機艙門機構進行了優(yōu)化設計研究,研究成果可以作為諸如飛行器、汽車、船舶等裝備中品質分析與改善的方法基礎。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V223.9
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文第 1 章 緒論1.1 研究背景及意義艙門機構是現(xiàn)代飛行器的典型應用，具有多種類型，如起落架及其艙門收放機構、內埋彈艙艙門收放機構、多點多鎖后貨艙門收放機構等[1]，見圖 1-1所示。在當今軍用、民用飛行器設計領域，艙門機構設計具有越來越重要的意義。

圖 1-2 某型飛機機上艙門分布圖飛機艙門直接影響著飛機的安全，從其結構上說，飛機艙門部分會導致機身結構的開口，從而影響結構的完整性和安全性，從彈性力學和結構力學的角度上說，結構開口其實可以看作是結構大的缺陷，缺口周邊會出現(xiàn)嚴重的應力集中和參差屈曲現(xiàn)象，影響結構的安全。從其功能上說，艙門能否正常打開，直接影響到飛機能夠完成預定的任務；打開速度是否符合要求，直接影響到機上旅客或乘務人員的應急撤離時間，直接影響人員的安全。若艙門設計過弱，則容易造成艙室泄壓，影響旅客和貨物安全，嚴重時可能影響飛機的氣動性能，甚至可能導致飛機高空解體；同時艙門設計也不能過強，否則會導致機體結構重量增加，進而增加油耗，不利于其經(jīng)濟性。據(jù)統(tǒng)計，2011 年至 2105 年，空客公司 A320 飛機共發(fā)生艙門故障 50 余起，其中有 21 余起導致航班無法正常運行。飛機艙門的設計的依據(jù)是飛機的正常工作環(huán)境，由于高空空氣稀薄，氧氣濃度低的原因，為了保證機內人員的安全，同時也為了保證飛機這個復雜結構

圖 1-3 堵塞式艙門 圖 1-4 半堵塞式艙門圖 1-4[4]是半堵塞式艙門的典型結構圖，與堵塞式艙門相同，半堵塞式艙門的開啟方式同樣也是向內開啟，但完全開啟后艙門位于機身外部[2]，這種艙門形式相比于堵塞式艙門而言，保留了其安全性優(yōu)勢，即在艙門關閉的情況下，艙體內部的增壓有利于提高艙門的氣密性，同時又具有堵塞式艙門不具備的優(yōu)勢，其打開時不占用機體內部空間，因而應用較為廣泛。為保持較好的氣密性，處于關閉狀態(tài)時艙門尺寸能夠塞住門框，某型飛機其登機門采用“堵塞式”設計。出于使占據(jù)空間最小化的目的，登機門的打開方式采用“外開式”，即門打開的方向是由里向外打開。中美等國民航法規(guī)如CCAR-25 部、FAR-25 部均規(guī)定了各類民用飛機的開口要求、登機艙門的站位以及外形面等數(shù)據(jù)信息，可作為艙門綜合設計的依據(jù)，軍用飛機亦可將其作為參考。艙門承受增壓艙的壓差載荷，其結構主要包括鋁合金框架和內、外蒙皮，其機構由收放機構和鎖定機構組成，與其結構優(yōu)化相比，機構優(yōu)化更為復雜[5]。
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本文編號：2852720