艙門作為大型飛機(jī)特別是民用飛機(jī)中重要且特殊的運(yùn)動(dòng)部件,一般包括登機(jī)門、貨艙門、服務(wù)門和應(yīng)急艙門等。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)都缺乏關(guān)于大型飛機(jī)艙門部件的研究。在民用飛機(jī)領(lǐng)域中,與麥道公司的合作生產(chǎn)均是采用直接進(jìn)口的方式處理艙門等部件,而在轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過(guò)程中,盡管各制造廠為波音、空客等先進(jìn)企業(yè)制造了各類艙門部件,但是具體設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)沒(méi)有分給我們,僅僅局限于簡(jiǎn)單制造。艙門主要包括結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu),其設(shè)計(jì)必須滿足剛度、強(qiáng)度、疲勞、可靠性等要求。本文系統(tǒng)地開(kāi)展了相關(guān)研究工作:總結(jié)了空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的理論基礎(chǔ),對(duì)空間構(gòu)件位姿描述、坐標(biāo)變換方法等進(jìn)行了概述�？偨Y(jié)了飛機(jī)艙門的組成、分布以及開(kāi)合形式,對(duì)艙門機(jī)構(gòu)的組成進(jìn)行了分解,對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了分析。以CATIA軟件的KIN模塊作為平臺(tái),進(jìn)行了飛機(jī)艙門機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,獲得了艙門開(kāi)合過(guò)程中的空間路徑。通過(guò)開(kāi)展登機(jī)艙門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,完成了以下工作內(nèi)容:根據(jù)艙門結(jié)構(gòu)CAD模型和載荷數(shù)據(jù),建立了結(jié)構(gòu)有限元模型,完成了結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案的有限元分析和強(qiáng)度校核;根據(jù)有限元分析結(jié)果,在滿足初始強(qiáng)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(xiàng)約束;建立了艙門機(jī)構(gòu)仿真模型,對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證,并無(wú)缺陷�？紤]了艙門完全關(guān)閉時(shí)密封帶壓縮量的影響,提出了兩種減小手柄力的改進(jìn)方案。建立了機(jī)構(gòu)可靠性優(yōu)化模型,提出了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度的可靠性優(yōu)化算法并對(duì)艙門拉桿機(jī)構(gòu)進(jìn)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(guò)開(kāi)展維護(hù)艙門結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與仿真,進(jìn)行了艙門動(dòng)力學(xué)建模,并進(jìn)行了剛?cè)狁詈向?yàn)證分析,模型建模準(zhǔn)確,計(jì)算結(jié)果可靠;經(jīng)過(guò)三種方案對(duì)比,考慮結(jié)構(gòu)和多體動(dòng)力學(xué)因素,確定采用雙側(cè)對(duì)稱布置氣彈簧的結(jié)構(gòu),門體打開(kāi)后通過(guò)機(jī)構(gòu)氣彈簧過(guò)死點(diǎn)的設(shè)計(jì)鎖定機(jī)構(gòu);同時(shí)根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)維護(hù)艙門狀態(tài)對(duì)有限元模型進(jìn)行建模與更新.考慮密封帶的因素,最終與實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果一致。本文對(duì)某型飛機(jī)艙門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)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(zhì)分析與改善的方法基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V223.9
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論1.1 研究背景及意義艙門機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代飛行器的典型應(yīng)用，具有多種類型，如起落架及其艙門收放機(jī)構(gòu)、內(nèi)埋彈艙艙門收放機(jī)構(gòu)、多點(diǎn)多鎖后貨艙門收放機(jī)構(gòu)等[1]，見(jiàn)圖 1-1所示。在當(dāng)今軍用、民用飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，艙門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有越來(lái)越重要的意義。

圖 1-2 某型飛機(jī)機(jī)上艙門分布圖飛機(jī)艙門直接影響著飛機(jī)的安全，從其結(jié)構(gòu)上說(shuō)，飛機(jī)艙門部分會(huì)導(dǎo)致機(jī)身結(jié)構(gòu)的開(kāi)口，從而影響結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，從彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度上說(shuō)，結(jié)構(gòu)開(kāi)口其實(shí)可以看作是結(jié)構(gòu)大的缺陷，缺口周邊會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中和參差屈曲現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)的安全。從其功能上說(shuō)，艙門能否正常打開(kāi)，直接影響到飛機(jī)能夠完成預(yù)定的任務(wù)；打開(kāi)速度是否符合要求，直接影響到機(jī)上旅客或乘務(wù)人員的應(yīng)急撤離時(shí)間，直接影響人員的安全。若艙門設(shè)計(jì)過(guò)弱，則容易造成艙室泄壓，影響旅客和貨物安全，嚴(yán)重時(shí)可能影響飛機(jī)的氣動(dòng)性能，甚至可能導(dǎo)致飛機(jī)高空解體；同時(shí)艙門設(shè)計(jì)也不能過(guò)強(qiáng)，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)重量增加，進(jìn)而增加油耗，不利于其經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011 年至 2105 年，空客公司 A320 飛機(jī)共發(fā)生艙門故障 50 余起，其中有 21 余起導(dǎo)致航班無(wú)法正常運(yùn)行。飛機(jī)艙門的設(shè)計(jì)的依據(jù)是飛機(jī)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(jī)內(nèi)人員的安全，同時(shí)也為了保證飛機(jī)這個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)圖，與堵塞式艙門相同，半堵塞式艙門的開(kāi)啟方式同樣也是向內(nèi)開(kāi)啟，但完全開(kāi)啟后艙門位于機(jī)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(shì)，即在艙門關(guān)閉的情況下，艙體內(nèi)部的增壓有利于提高艙門的氣密性，同時(shí)又具有堵塞式艙門不具備的優(yōu)勢(shì)，其打開(kāi)時(shí)不占用機(jī)體內(nèi)部空間，因而應(yīng)用較為廣泛。為保持較好的氣密性，處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)艙門尺寸能夠塞住門框，某型飛機(jī)其登機(jī)門采用“堵塞式”設(shè)計(jì)。出于使占據(jù)空間最小化的目的，登機(jī)門的打開(kāi)方式采用“外開(kāi)式”，即門打開(kāi)的方向是由里向外打開(kāi)。中美等國(guó)民航法規(guī)如CCAR-25 部、FAR-25 部均規(guī)定了各類民用飛機(jī)的開(kāi)口要求、登機(jī)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(shè)計(jì)的依據(jù)，軍用飛機(jī)亦可將其作為參考。艙門承受增壓艙的壓差載荷，其結(jié)構(gòu)主要包括鋁合金框架和內(nèi)、外蒙皮，其機(jī)構(gòu)由收放機(jī)構(gòu)和鎖定機(jī)構(gòu)組成，與其結(jié)構(gòu)優(yōu)化相比，機(jī)構(gòu)優(yōu)化更為復(fù)雜[5]。
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