民用飛機(jī)客艙儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)和適航驗(yàn)證方法

楊五一 /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

0　引言

對(duì)民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，客艙環(huán)境是乘員直接接觸的生活空間，客艙整體設(shè)計(jì)的好壞(包括儲(chǔ)藏設(shè)施)會(huì)影響到客艙的舒適性?？团摥h(huán)境主要由廚房、盥洗室、儲(chǔ)藏設(shè)施等生活設(shè)備和上下部壁板、地毯等裝飾件組成。其中儲(chǔ)藏設(shè)施主要包括頭頂行李箱(以下簡(jiǎn)稱行李箱)、儲(chǔ)藏室、衣帽柜、狗窩式儲(chǔ)藏箱、雜志架和雜物袋等，這些設(shè)備為旅客隨身攜帶的物品和部分客艙應(yīng)急設(shè)備提供存放空間。作為整個(gè)客艙內(nèi)部設(shè)備和裝飾的重要組成部分，儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)在安全性、舒適性等方面影響著乘員的飛行體驗(yàn)。因此，如何提供既滿足安全性和功能性要求，又能滿足舒適性要求的客艙儲(chǔ)藏設(shè)施，成為民用飛機(jī)客艙設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要課題之一。

1　主要設(shè)計(jì)輸入

1.1 客艙布置圖和剖面圖

通常情況下，客艙布置圖中會(huì)定義行李箱、儲(chǔ)藏室、衣帽間等儲(chǔ)藏設(shè)施在客艙中所處的具體位置，并在客艙典型剖面圖中對(duì)客艙內(nèi)部的輪廓進(jìn)行定義，包括過(guò)道寬度、入座高度等指標(biāo)都會(huì)進(jìn)行量化。這些位置和輪廓將為包括儲(chǔ)藏設(shè)施在內(nèi)的客艙內(nèi)部設(shè)施提供頂層設(shè)計(jì)輸入。圖1為典型的單通道飛機(jī)客艙剖面圖。

圖1　典型單通道飛機(jī)客艙剖面圖(單位：mm)

1.2 適航條款要求

儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)必須滿足中國(guó)民用航空規(guī)章CCAR25中有關(guān)客艙阻燃、強(qiáng)度和安裝方面的要求，涉及的主要條款和內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1　儲(chǔ)藏設(shè)施涉及的適航條款及主要內(nèi)容

2　儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

客艙儲(chǔ)藏設(shè)施一般為封閉的箱體式結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)由箱體和箱門組成，箱體和箱門之間通過(guò)鉸鏈機(jī)構(gòu)連接。圖2為幾種常見(jiàn)儲(chǔ)藏設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式。

圖2　幾種常見(jiàn)儲(chǔ)藏設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需注意以下幾個(gè)方面：

根據(jù)CCAR25.787(a)的要求，客艙中每個(gè)儲(chǔ)藏設(shè)施都必須根據(jù)其標(biāo)明的最大載重，以及規(guī)定的飛行載荷情況、地面載荷情況和§25.561(b)的應(yīng)急著陸情況所對(duì)應(yīng)的最大載荷系數(shù)下的臨界載荷分布來(lái)設(shè)計(jì)。

1)根據(jù)CCAR25.787(b)的要求，為了防止存放在儲(chǔ)藏設(shè)施內(nèi)的物品在飛行載荷情況、地面載荷情況和§25.561(b)的應(yīng)急著陸情況所對(duì)應(yīng)的最大載荷系數(shù)下因移動(dòng)而造成危險(xiǎn)，客艙儲(chǔ)藏設(shè)施必須設(shè)置可開(kāi)啟/關(guān)閉的箱門及鎖緊機(jī)構(gòu)。

2)單個(gè)行李箱的長(zhǎng)度可根據(jù)客艙布置的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到維護(hù)性因素，并且為了滿足客艙布置快速更改的需要，行李箱長(zhǎng)度一般為飛機(jī)框距的整數(shù)倍。同時(shí)，為了減少構(gòu)型和節(jié)約研制成本，所有行李箱的長(zhǎng)度應(yīng)盡量保持一致，且在客艙中對(duì)稱布置。

3)在裝有應(yīng)急設(shè)備的行李箱內(nèi)，應(yīng)根據(jù)客艙布置要求按需增加分隔板，以避免旅客行李和應(yīng)急設(shè)備的相互碰撞。

4)當(dāng)狗窩式儲(chǔ)藏箱的長(zhǎng)度較大時(shí)，可將儲(chǔ)存箱安裝在箱門上。此種設(shè)計(jì)類似于抽屜的形式，當(dāng)需要拿取物品時(shí)，拉出箱門即可。

2.2 連接設(shè)計(jì)

連接設(shè)計(jì)是指儲(chǔ)藏設(shè)施在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的固定形式。根據(jù)CCAR789(a)的要求，必須有措施防止儲(chǔ)藏設(shè)施在規(guī)定的飛行載荷情況、地面載荷情況和CCAR25.561(b)的應(yīng)急著陸情況所對(duì)應(yīng)的最大載荷系數(shù)下因移動(dòng)而造成危險(xiǎn)。這就要求儲(chǔ)藏設(shè)施必須牢靠地固定在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，常見(jiàn)的連接形式主要有支架、拉桿和座椅滑軌等。位于客艙上部的行李箱通常需要通過(guò)支架或者支架和拉桿的組合固定在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上；而其他儲(chǔ)藏設(shè)施則通過(guò)底部連接固定在客艙座椅滑軌上。

儲(chǔ)藏設(shè)施和飛機(jī)結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)需要注意以下幾個(gè)方面：

1)根據(jù)CCAR25.625(a)的要求，儲(chǔ)藏設(shè)施和飛機(jī)結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)必須考慮至少1.15倍的接頭系數(shù)。

2)支架的連接設(shè)計(jì)應(yīng)保證載荷合理地傳遞，避免對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加彎矩。結(jié)構(gòu)框和長(zhǎng)桁均不能承受面外載荷，支架厚度應(yīng)與所連接的結(jié)構(gòu)框或長(zhǎng)桁厚度相當(dāng)。圖3中方案①的連接和載荷傳遞方式就優(yōu)于方案②。

圖3　兩種不同的支架連接形式

3)支架或拉桿作為客艙的一部分，為了保證儲(chǔ)藏設(shè)施尤其是行李箱在整個(gè)客艙中從前到后的對(duì)齊效果，一般應(yīng)設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的形式以補(bǔ)償安裝公差。

4)連接設(shè)計(jì)需考慮減震降噪的要求，比如可以在接頭與接頭之間、接頭與儲(chǔ)藏設(shè)施本體結(jié)構(gòu)之間設(shè)置具有減震功能的襯套。

5)對(duì)于安裝在地板上的儲(chǔ)藏設(shè)施，如果僅靠底部連接不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，應(yīng)在其頂部增加連接點(diǎn)。

2.3 附件設(shè)計(jì)

儲(chǔ)藏設(shè)施的附件主要有鎖機(jī)構(gòu)(包括門把手、鎖緊裝置和鉸鏈機(jī)構(gòu))、扶槽、掛衣桿、防撞條和密封條等。除鎖緊裝置外，其余附件都較為簡(jiǎn)單，這里重點(diǎn)介紹箱門鎖緊機(jī)構(gòu)的原理。

鎖緊裝置通常由鎖勾和鎖閂兩部分組成，它們分別固定在儲(chǔ)藏設(shè)施本體結(jié)構(gòu)和箱門上，鎖勾一般和門把手集成安裝在一起。鎖緊裝置原理較為簡(jiǎn)單，當(dāng)需要打開(kāi)箱門時(shí)，拉起門把手，鎖勾即脫離鎖閂。關(guān)閉箱門時(shí)鎖勾通過(guò)推力或壓力滑入鎖閂。圖4為一種鎖緊裝置原理示意圖。

圖4　鎖緊裝置原理示意圖

儲(chǔ)藏設(shè)施附件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)：

1)為了提高安全性和可靠性，門鎖一般應(yīng)設(shè)計(jì)為雙鎖的形式，即兩個(gè)鎖勾；

2)儲(chǔ)藏設(shè)施的門鎖盡可能具備狀態(tài)指示標(biāo)識(shí)功能，以便在箱門未完全鎖緊時(shí)，較容易被乘員發(fā)現(xiàn)；

3)根據(jù)25.785(j)的要求，如果椅背上沒(méi)有牢固的扶手處，則每條過(guò)道必須有把手或扶桿，使乘員在中等顛簸氣流情況下使用過(guò)道時(shí)能夠穩(wěn)住。這些把手或扶桿通常設(shè)置在行李箱上，高度應(yīng)合適，安裝牢靠，且易于抓握。

2.4 接口設(shè)計(jì)

根據(jù)客艙布置的實(shí)際需要，如果有其它系統(tǒng)安裝在儲(chǔ)藏設(shè)施上，則需要在儲(chǔ)藏設(shè)施上為這些系統(tǒng)提供安裝接口，這些系統(tǒng)通常包括旅客服務(wù)裝置(PSU)、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)、應(yīng)急設(shè)備和標(biāo)記標(biāo)牌等。接口形式通常有提供其他系統(tǒng)所需的安裝導(dǎo)軌、支架和嵌件等。

2.5 材料選用

和客艙內(nèi)飾其它設(shè)備和裝飾基本相同，儲(chǔ)藏設(shè)施在材料選用上主要考慮到以下兩條原則：

1) 應(yīng)滿足CCAR 25.853及附錄F有關(guān)阻燃、熱釋放和煙密度要求；

2) 應(yīng)滿足HB5470-2014所規(guī)定的毒性要求。

此外，材料選用時(shí)還應(yīng)考慮易清潔、耐磨和加工工藝等因素。

目前，主流飛機(jī)客艙儲(chǔ)藏設(shè)施的主結(jié)構(gòu)一般使用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。其主要由蜂窩芯層和兩側(cè)的預(yù)浸布(受力層)組成，其中預(yù)浸布可根據(jù)需要鋪設(shè)2層或多層。作為客艙裝飾的一部分，通常需要在表面覆貼裝飾膜或噴涂裝飾漆層以滿足客艙外觀效果的需要。

3　適航驗(yàn)證方法

3.1 適航要求

儲(chǔ)藏設(shè)施涉及的適航要求主要分為以下兩方面：

1) 材料的阻燃要求，主要為CCAR25.853條款及附錄F中規(guī)定的阻燃、熱釋放和煙密度要求及試驗(yàn)方法和程序；

2) 強(qiáng)度要求，主要為CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等條款中規(guī)定的載荷和固定要求。

除上述適航要求外，根據(jù)HB5470-2014，儲(chǔ)藏設(shè)施所用的材料還需滿足規(guī)定的毒性要求及相關(guān)試驗(yàn)程序。

3.2 驗(yàn)證方法

儲(chǔ)藏設(shè)施的適航符合性驗(yàn)證方法主要分為符合性說(shuō)明、分析計(jì)算和試驗(yàn)室試驗(yàn)等。符合性說(shuō)明為最基礎(chǔ)、綜述性的適航文件，主要用來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)所用材料、方法和方案等滿足適航要求；分析計(jì)算主要提供對(duì)強(qiáng)度條款的符合性說(shuō)明和支持；當(dāng)很難通過(guò)分析計(jì)算或者局方認(rèn)為僅僅通過(guò)分析計(jì)算不足以表明符合性時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)一步提供驗(yàn)證。本文主要介紹通過(guò)試驗(yàn)室試驗(yàn)以表明儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)滿足材料阻燃/毒性和強(qiáng)度要求的方法。

3.2.1 阻燃、熱釋放、煙密度和毒性試驗(yàn)

對(duì)于客艙材料的阻燃、熱釋放、煙密度和毒性要求，CCAR25部和相關(guān)航空標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)的試驗(yàn)要求和程序，在進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照以下條款規(guī)定內(nèi)容和程序進(jìn)行：

1) 應(yīng)根據(jù)CCAR25.853(a)規(guī)定的阻燃要求及附錄F第I部分規(guī)定的試驗(yàn)程序進(jìn)行阻燃試驗(yàn)以表明儲(chǔ)藏設(shè)施滿足阻燃要求；

2) 應(yīng)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的熱釋放要求及附錄F第IV部分規(guī)定的試驗(yàn)程序進(jìn)行熱釋放試驗(yàn)以表明儲(chǔ)藏設(shè)施所用的材料滿足熱釋放要求；

3) 應(yīng)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的煙密度要求及附錄F第V部分規(guī)定試驗(yàn)準(zhǔn)則，并通過(guò)CAAC(Civil Aviation Administration of China)認(rèn)可的試驗(yàn)設(shè)備和方法進(jìn)行煙密度試驗(yàn)以表明儲(chǔ)藏設(shè)施所用的材料滿足煙密度要求；

4) 應(yīng)根據(jù)HB5470-2014中規(guī)定的毒性要求及試驗(yàn)程序?qū)?chǔ)藏設(shè)施進(jìn)行毒性試驗(yàn)以表明其滿足毒性要求。

3.2.2 靜力試驗(yàn)

靜力試驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)加載的方式考核儲(chǔ)藏設(shè)施的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)和緊固件的選用是否能承受飛行載荷情況、地面載荷情況和CCAR25.561(b)的應(yīng)急著陸情況所對(duì)應(yīng)的最大載荷系數(shù)下的臨界載荷。

試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作包括載荷工況的確定，試驗(yàn)件和試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)、制造和檢查，儀器儀表的校準(zhǔn)，明確試驗(yàn)判據(jù)，試驗(yàn)大綱的編寫等。準(zhǔn)備工作完成后，相關(guān)的技術(shù)文件需提交CAAC批準(zhǔn)，并協(xié)調(diào)CAAC進(jìn)行試驗(yàn)前的檢查工作和目擊試驗(yàn)事宜。

儲(chǔ)藏設(shè)施靜力試驗(yàn)常見(jiàn)的加載形式為利用作動(dòng)筒產(chǎn)生載荷，通過(guò)杠桿將載荷均勻分配至試驗(yàn)件上。試驗(yàn)中各種工況下的載荷將逐漸增加至試驗(yàn)載荷并保持3 s。如需進(jìn)行破壞試驗(yàn)，可繼續(xù)加載直至試驗(yàn)件產(chǎn)生破壞(包括緊固件和試驗(yàn)件的失效和破壞)。圖 5 為試驗(yàn)件的加載和位移曲線示意圖。

圖5　加載和位移曲線示意圖

靜力試驗(yàn)全程應(yīng)做好詳細(xì)的試驗(yàn)記錄以便對(duì)試驗(yàn)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和試驗(yàn)結(jié)果有效性作出判斷。記錄形式主要包括視頻、照片和文字表格等。一般情況下，試驗(yàn)完成后儲(chǔ)藏設(shè)施本體結(jié)構(gòu)仍在原位，不會(huì)脫落，即認(rèn)為試驗(yàn)通過(guò)。儲(chǔ)藏設(shè)施本體結(jié)構(gòu)局部的分層、裂紋以及嵌件的失效是允許的。

4　結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)內(nèi)容和適航驗(yàn)證方法的介紹和分析，并結(jié)合型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)探討了在民用飛機(jī)客艙儲(chǔ)藏設(shè)施的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題及兩種試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的要求、程序和方法。對(duì)民用飛機(jī)客艙的設(shè)計(jì)和適航驗(yàn)證工作具有一定的參考和借鑒意義。