某型飛機(jī)起落架艙門裝配工藝性設(shè)計(jì)優(yōu)化

柳世華 楊貴強(qiáng) 劉朝妮

【關(guān)鍵詞】起落架;艙門;裝配;工藝性

飛機(jī)設(shè)計(jì)是綜合多個(gè)方面后選取最優(yōu)組合的結(jié)果。進(jìn)行飛機(jī)零部件設(shè)計(jì)時(shí)未必能夠兼顧所有設(shè)計(jì)目標(biāo)，但是最終的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該是綜合考量后最易接受的。

飛機(jī)零部件的設(shè)計(jì)，直接影響飛機(jī)零部件的制造成本、裝配成本、維護(hù)成本以及飛機(jī)運(yùn)營成本。好的設(shè)計(jì)可以降低飛機(jī)零件的制造難度、飛機(jī)部件的裝配難度、飛機(jī)零部件的維護(hù)難度以及零部件的重量以降低飛機(jī)的運(yùn)營成本。

本文將以某型飛機(jī)起落架艙門為例，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

飛機(jī)起落架艙門大概可分為三種結(jié)構(gòu)形式，分別是鈑金結(jié)構(gòu)形式、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式和金屬整體機(jī)加形式。結(jié)構(gòu)形式的確定受重量指標(biāo)、生產(chǎn)技術(shù)水平、布置空間、強(qiáng)度要求以及生產(chǎn)維護(hù)成本等因素限制[1]。

本文以金屬整體機(jī)加結(jié)構(gòu)形式的起落架艙門設(shè)計(jì)為例，給出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以提高裝配工藝性、降低裝配成本。

一、艙門結(jié)構(gòu)簡介

某型飛機(jī)的主起落架艙門由三部分組成。分別是上艙門、中艙門和下艙門。

主起落架中艙門固定在主起落架外筒上。下艙門帶有兩根短搖臂和一根長搖臂，通過搖臂上的球軸承與中艙門連接。同時(shí)，長搖臂的端部通過連桿與主起落架側(cè)撐桿連接，以實(shí)現(xiàn)與主起落架的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)起落架收起時(shí)，艙門隨起落架聯(lián)動(dòng)一起收起，并覆蓋主起落架艙[2]。

主起落架下艙門主要由三部分組成（見圖1）。分別是艙門本體、搖臂以及調(diào)整墊片。裝配后3個(gè)搖臂的轉(zhuǎn)軸孔同軸。

為實(shí)現(xiàn)3個(gè)搖臂的轉(zhuǎn)軸孔同軸，可以調(diào)整打磨3個(gè)調(diào)整墊片。

主起落架下艙門的分解圖如圖2所示：

二、原設(shè)計(jì)方案

（一）裝配難點(diǎn)

主起落架下艙門零件完成生產(chǎn)制造后，被運(yùn)至部裝車間，由部裝車間完成零件組裝。

為保證在艙門本體上3個(gè)搖臂軸的承安裝孔同軸，需要反復(fù)調(diào)整打磨3個(gè)搖臂的調(diào)整墊片。

由于裝配后3個(gè)調(diào)整墊片完全被夾持在搖臂和艙門本體之間，調(diào)整墊片需要打磨的區(qū)域和打磨量難以確定，需要施工人員反復(fù)嘗試，耗費(fèi)大量工時(shí)。并且待連接螺栓的螺母擰緊之后，由于調(diào)整墊片打磨不是均勻的，在應(yīng)力的作用下可以輕易破壞已經(jīng)調(diào)整好的安裝孔位置，難以保證3個(gè)搖臂的軸承安裝孔同軸。

按照這個(gè)設(shè)計(jì)方案，完成一扇下艙門的裝配需要2至3天的時(shí)間，平均耗費(fèi)約20個(gè)工時(shí)。

因此，主起落架下艙門的裝配方式有優(yōu)化的需要。

三、裝配工藝性設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

（一）優(yōu)化裝配接口

裝配接口的優(yōu)化包含兩個(gè)部位：

1、將調(diào)整墊片位置由封閉區(qū)改為開放區(qū)。目前搖臂與艙門本體的對(duì)接接口處于半封閉區(qū)域，測量工具難以到達(dá)調(diào)整墊片的位置;也難以直接觀察調(diào)整墊片的貼合情況。

如果將調(diào)整墊片位置由封閉區(qū)域改為放置在開放區(qū)，則便于觀察和測量調(diào)整墊片的調(diào)整需求，能準(zhǔn)確控制墊片的修銼量，從而降低了裝配難度。

2、將裝配接口由曲面改為平面。

目前調(diào)整墊片為曲面，對(duì)調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整厚度時(shí)，需要兼顧零件的外形，難以操作。

如果將裝配接口由曲面接口改為平面接口，調(diào)整墊片相應(yīng)由曲面調(diào)整墊片改為平面調(diào)整墊片，則對(duì)平面調(diào)整墊片的調(diào)整修銼比曲面調(diào)整墊片簡單易行，從而降低了裝配難度。

優(yōu)化方案可以很好地解決原方案裝配時(shí)的困難，同時(shí)可以降低零件制造難度，對(duì)重量、強(qiáng)度等基本無影響，方案可行[3]。

更改方案示意如圖3所示：

（二）優(yōu)化為整體機(jī)加

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，組裝式的方案常常是妥協(xié)后的產(chǎn)物，是受制造能力、裝配空間、原材料尺寸等限制的結(jié)果。采用組裝式的方案會(huì)帶來更大的重量、更多的零件及連接件數(shù)量，以及需要更多的安裝空間，但這些會(huì)增加更多的產(chǎn)品成本。

如果將原來主起落架下艙門的組合式方案優(yōu)化為整體機(jī)加的方案，可以解決其在裝配過程中的絕大部分問題，整體機(jī)加方案如圖4所示。

該方案可以很好地解決原方案裝配難度大的問題，同時(shí)減少了零件數(shù)量，節(jié)約了裝配工時(shí)，并且有顯著的減重效果[4]。

（三）方案對(duì)比評(píng)估

現(xiàn)對(duì)上述兩種優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)估。

主起落架下艙門共有3個(gè)搖臂。兩側(cè)搖臂較短，對(duì)原材料尺寸要求增加不大，并且目前生產(chǎn)能力可以實(shí)現(xiàn)整體機(jī)械加工，可以選取整體機(jī)加方案，即選取4.2的方案。

中間驅(qū)動(dòng)搖臂尺寸較大，如果采用整體架機(jī)方案，零件原材料尺寸需要增加約30%，材料利用率降低約30%，增加了材料成本。因此從成本考慮不適合選取整體機(jī)加方案，可選取4.1方案[5]。

綜上，某型飛機(jī)主起落架下艙門優(yōu)化前后方案如圖5所示：

四、結(jié)束語

某型飛機(jī)下艙門的裝配工藝性設(shè)計(jì)優(yōu)化，能極大降低該部件的裝配難度、提高了裝配工藝性，降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)評(píng)估和試制，優(yōu)化后完成艙門裝配耗時(shí)約4小時(shí)，是原方案所用工時(shí)的20%。因此，該設(shè)計(jì)優(yōu)化是成功的。

在進(jìn)行機(jī)械部件的裝配設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，前期的調(diào)研是必不可少的。了解到實(shí)際的生產(chǎn)能力和施工困難，就可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化，直接解決原方案的裝配痛點(diǎn)。