客改貨主貨艙門口框結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

楊先將

摘 要：客改貨以較低的購機成本與改裝費用贏得了貨運航空公司的青睞，主貨艙門口框結(jié)構(gòu)設(shè)計是改裝包中的難點之一，口框結(jié)構(gòu)涉及客機機身結(jié)構(gòu)的拆卸、機身開口加強、貨艙門口框與客機機身的連接、貨艙門口框與客機機身的裝配協(xié)調(diào)等問題，需滿足口框結(jié)構(gòu)的剛度及疲勞設(shè)計要求。通過對多種機型的研究，對口框貨艙門的布置數(shù)量、口框構(gòu)型等方面進行分析，提出了相應(yīng)的建議和措施。

關(guān)鍵詞：客改貨 口框 構(gòu)型 材料體系 裝配

中圖分類號：TU2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0035-02

Abstract：The most airlines like the passenger to freighter（PTF）for the lower second-hand plane cost and conversion cost.The main deck cargo（MDCD）door surrounding structure is one difficulty in PTF process， refer to fuselage structure removed，fuselage cutout reinforcement，door and door surrounding structure connection，door surrounding structure and aircraft fuselage assembly coordination etc aspect.Need to meet the requirements of the stiffness and fatigue of the surrounding structure.Through the study of a variety of models，analyzing on door quantity，door surrounding structure configuration etc.，corresponding suggestions and measures are put forward.

Key Words：Passenger to freighter；Door surrounding；Configuration；Material system；Assembly

隨著現(xiàn)代社會物流的快速發(fā)展，航空運輸市場持續(xù)增長，相比全新貨機高昂的購機成本，盡管客改貨飛機維護成本較高，客改貨仍以較低的購機成本與改裝費用贏得越來越多貨運航空公司的青睞。許多機隊的客機達到載客服務(wù)壽命，未來航空貨運市場，客改貨飛機將成為主流。

目前世界上主要有A300PTF、A330-200F、B737PTF、B747PTF、B757PTF、B767PTF、B777PTF等機型，其中A330-200F貨機為空客設(shè)計的全新貨機。

主貨艙門口框結(jié)構(gòu)設(shè)計是改裝包中的難點之一，口框結(jié)構(gòu)涉及機身的大開口問題，口框結(jié)構(gòu)起到開口補強作用（圖1），口框結(jié)構(gòu)與機身連接界面復(fù)雜，涉及客機機身結(jié)構(gòu)的拆卸、貨艙門口框與客機機身的連接、貨艙門口框與客機機身的裝配協(xié)調(diào)等問題，需滿足口框結(jié)構(gòu)的剛度及疲勞設(shè)計要求。

1 主貨艙門口框布置形式

一般窄體飛機客改貨布置一個貨艙門，B737PTF主貨艙門布置在前機身，而A320PTF主貨艙門布置在后機身雙曲段，前貨艙門構(gòu)型在上下貨時機身后部重量較重有發(fā)生傾翻的危險（圖2），必要時在機身尾段處使用支撐桿防止傾翻。大型寬體飛機為減少上貨時間且方便上下貨物布置前后兩個主貨艙門，B747PTF為前后雙貨艙門。

三種客改貨貨艙門布置構(gòu)型對比見表1。

通過對比分析，窄體飛機后貨艙門構(gòu)型在安全方面具有優(yōu)勢，前貨艙門在結(jié)構(gòu)受力、重量、疲勞性能方面具有優(yōu)勢，寬體飛機由于貨艙較大，采用雙貨艙門可以有效減少上下貨時間及防止傾翻。

2 口框結(jié)構(gòu)受力分析

客改貨主貨艙門口框結(jié)構(gòu)大多采用雙框雙梁結(jié)構(gòu)，主貨艙門與主楣梁采用琴鍵鉸鏈連接，與主檻梁采用閂鎖結(jié)構(gòu)連接，視口框變形情況，個別機型在主邊框上也布置有閂鎖。

貨機口框受載情況如下。

（1）機身50%的平均剪切載荷由門承受，另外的50%由開口周圍的結(jié)構(gòu)承受；

（2）在艙門未加鎖閂時，極限載荷將分布于艙門開口的周圍；

（3）施加到艙門上的增壓載荷，環(huán)向載荷分力由艙門通過鉸鏈和鎖閂100%承受，縱向分力載荷重新分布到上、下主檻梁中；

（4）機身的剪流q0轉(zhuǎn)換為縱向剪流q1、qu和環(huán)向的框和鎖閂的拉壓載荷；

（5）長桁截斷在各長桁引起的剪流逐漸擴散到主檻梁；

（6）門角區(qū)疲勞載荷最為嚴重。

典型貨艙門口框結(jié)構(gòu)受力如圖3。

3 口框結(jié)構(gòu)分析

客機地板及貨機口框閂鎖結(jié)構(gòu)形式對客改貨口框結(jié)構(gòu)設(shè)計有較大的影響，目前客機主要分為地板縱梁整體跨過地板橫梁與地板縱梁開豁口騎在地板橫梁上兩種構(gòu)型，后者可以增加貨艙的高度與容積。

空客系列客機客改貨多采用雙框、主輔楣梁、扭力盒檻梁結(jié)構(gòu)，空客采用的閂鎖機構(gòu)占用空間較大，主檻梁位于地板橫梁下方，扭力盒檻梁具有較好的抗扭、抗剪特性。

波音系列客機地板結(jié)構(gòu)多采用地板縱梁整體跨過地板縱梁的地板結(jié)構(gòu)，主檻梁與地板橫梁在同一平面，閂結(jié)構(gòu)位于地板與主檻梁之間，這種結(jié)構(gòu)具有接頭數(shù)量較少，緊固件數(shù)量少，裝配方便。

由于艙門參與了結(jié)構(gòu)受力，主邊框省去了止動銷等結(jié)構(gòu)，主邊框受力情況不是很嚴重，楣檻梁載荷較大，口框結(jié)構(gòu)基本都采用斷梁不斷框的設(shè)計方案，框梁連接處應(yīng)力較高，相對變形較大，一般采用弱連接，僅連接框梁腹板。

后貨艙門疲勞載荷比較嚴重，框梁組件采用組合件結(jié)構(gòu)形式，B747后貨艙門主邊框及楣檻梁采用外緣條2024-O型材、內(nèi)緣條7075-T7351型材、腹板7075-T6的組合形式，疲勞性能較好，能有效阻止裂紋擴展，維修方便。前貨艙門框梁類組件多采用7050-T7451整體機加工藝，可有效降低結(jié)構(gòu)重量，減少零件及緊固件數(shù)量。

口框結(jié)構(gòu)選材盡量選用客機材料體系中材料，可省去很多不必要的試驗，降低研發(fā)成本。

B747口框結(jié)構(gòu)蒙皮與機身蒙皮均采用對接形式連接，邊框、輔檻梁、輔楣梁均為蒙皮對接界面，框梁外緣條為“T”形。對接形式結(jié)構(gòu)簡單，無需對蒙皮進行修形。在口框與機身裝配前，需先將邊框、輔楣梁、輔檻梁裝配到機身上，再進行口框與機身結(jié)構(gòu)裝配。

4 結(jié)語

經(jīng)分析，口框結(jié)構(gòu)設(shè)計需綜合考慮客機結(jié)構(gòu)、口框布置方案、口框構(gòu)型、結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、界面協(xié)調(diào)等因素，是一項非常復(fù)雜的工程，波音公司在客改貨方面經(jīng)驗豐富、技術(shù)較為先進，值得學(xué)習(xí)與借鑒。

參考文獻

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