飛機(jī)艙門管理論文
飛機(jī)的艙門是保障乘客安全的一大關(guān)鍵。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理了飛機(jī)艙門管理論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
飛機(jī)艙門管理論文篇一
淺談民用飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)的氣密可靠性
【摘 要】采用可靠性思想分析飛機(jī)艙門密封結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封性能的影響。對(duì)兩種型號(hào)的艙門密封帶進(jìn)行整體規(guī)格的壓縮實(shí)驗(yàn)，將關(guān)門行程、裝配尺寸、擋件尺寸等視為隨機(jī)變量，采用有限元軟件對(duì)兩種密封帶的氣密可靠性進(jìn)行比較，得到了密封結(jié)構(gòu)參數(shù)的均值靈敏度和方差靈敏度，對(duì)艙門密封帶選型與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
【關(guān)鍵詞】艙門密封結(jié)構(gòu);密封帶;氣密可靠性;靈敏度
0.引言
飛機(jī)艙門的密封是防止艙內(nèi)漏氣或失壓的重要保障，氣密性能與密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。飛機(jī)艙門組合密封結(jié)構(gòu)主要由P型密封帶、密封壓條、Z型擋件、門體和門框組成。d1為門體與門框間隙;d2為擋件縱向距離;d3為Z型擋件橫向尺寸;d4為關(guān)門行程;r為檔件導(dǎo)角半徑。但是，由于制造誤差、安裝同軸度以及使用過程中的磨損等因素，將導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)值存在隨機(jī)偏差，這種離散性威脅著艙門的氣密可靠性。
密封帶是一種能夠發(fā)生大變形的高彈性橡膠材料，其壓縮變形特性對(duì)艙門整體的氣密剛度起主導(dǎo)作用，是選型的重要依據(jù)之一。已經(jīng)有很多學(xué)者利用有限元分析方法分析了 實(shí)心橡膠圈 的壓縮應(yīng) 力特性，研究對(duì)象涉及指尖密封、O型密封，球型密封等。在密封材料性能、仿真以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封性能的影響分析方面進(jìn)行了十分有益的嘗試。本工作選取目前飛機(jī)艙門中應(yīng)用較為廣泛的P型密封帶組合密封結(jié)構(gòu)，考慮了密封結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)性，基于密封帶壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)合有限元仿真，采用有限元軟件抽樣分析了密封結(jié)構(gòu)氣密可靠性和參數(shù)靈敏度。
1.確定性分析
1.1有限元模型
相比飛機(jī)艙門門體、門框和擋件材料(E=70GPa)，密封圈材料的模量很小(E=0.0075GPa)，密封帶作為大柔度 結(jié)構(gòu)直接 決定著門體的 氣 密 剛度，需要著重關(guān)注密封帶的變形。因此，將門體、門框、密封壓條和擋件近似為剛體，只考慮密封帶的變形。建立艙門密封結(jié)構(gòu)的有限元模型，單元類型選擇四節(jié)點(diǎn)平面應(yīng)變Herrmann單元，單元總數(shù)為650。
飛機(jī)艙門密封帶一般設(shè)計(jì)有小孔，飛行過程中艙內(nèi)壓力能夠通過這些眼孔滲透進(jìn)入密封圈內(nèi)，不但起到了加強(qiáng)密封的作用，還能夠延長密封圈使用壽命。
圈內(nèi)氣壓的作用效果可以采用有限元軟件中特有的氣囊空穴模型單元來模擬。正常飛行條件下，艙內(nèi)保壓恒壓值設(shè)定為0.076MPa。摩擦模型為庫侖模型，硬鋁與橡膠的摩擦因數(shù)取0.25。
1.2密封帶材料模型
利用MSC.Marc軟件中的“Evaluate Material”功能分別采用上述兩種模型對(duì)密封圈壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，能夠較好地適應(yīng)非常數(shù)的剪切模量情形和材料的輕微壓縮行為，已被成功地應(yīng)用于密封圈產(chǎn)品分析。
2.可靠性分析
2.1隨機(jī)變量與極限狀態(tài)函數(shù)
由于制造誤差、安裝偏差或者使用過程中門軸等的磨損，均將導(dǎo)致實(shí)際裝配尺寸與設(shè)計(jì)理想值發(fā)生隨機(jī)偏差，使密封圈的壓縮接觸力不能夠達(dá)到密封要求。
這里著重評(píng)估上述變量對(duì)艙門密封帶密封性，根據(jù)概率論中心極限定理，一般可認(rèn)為結(jié)構(gòu)尺寸服從3σ(σ為標(biāo)準(zhǔn)差)的均值正態(tài)分布，且相互獨(dú)立。
密封失效是可靠性評(píng)估中的一項(xiàng)重要失效模式。
密封帶通過發(fā)生彈性變形填滿相互接觸的門體、門框表面之間的間隙，并維持一定的接觸壓力，從而達(dá)到氣密效果。泄露率是定量評(píng)估艙門密封效果的重要指標(biāo)，泄露經(jīng)常是由于密封壓縮力不足導(dǎo)致的，因此接觸力常常作為密封結(jié)構(gòu)氣密性的評(píng)判指標(biāo)，艙門設(shè)計(jì)要求能夠承受3倍設(shè)計(jì)壓差載荷的內(nèi)外壓差，折算到單位接觸面積上的壓縮力要求大于0.25N。
2.2可靠性分析方法及過程
采用有限元軟件進(jìn)行可靠性計(jì)算，主要基于以下3點(diǎn)：
(1)密封結(jié)構(gòu)計(jì)算涉及接觸問題，其壓縮響應(yīng)具有非線性隱式關(guān)系，對(duì)于隱式極限狀態(tài)方程的可靠性分析，法計(jì)算思路簡單且易于編程實(shí)現(xiàn);(2)由上述確定性分析可知，密封圈與門框?qū)儆诙谓佑|問題，結(jié)構(gòu)參數(shù)不但決定了接觸力的大小，還決定了能否發(fā)生接觸，不發(fā)生接觸時(shí)接觸力恒為零，因此，密封圈與門框之間接觸力與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系是一個(gè)接觸點(diǎn)位置隨機(jī)變化并且與密封圈與擋件的第一次接觸相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致難以擬合合適的響應(yīng)面和計(jì)算收斂性問題;(3)結(jié)果可信度要高于其他方法，常常作為校核其他方法的依據(jù)。本密封圈單次確定性仿真的時(shí)長較短，因計(jì)算成本仍然在可接受的范圍。
結(jié)合自編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指定分布的隨機(jī)化處理與抽樣，同時(shí)調(diào)用Marc軟件進(jìn)行上述確定性計(jì)算，計(jì)算完成后提取密封帶與門體的接觸力進(jìn)行失效統(tǒng)計(jì)并代入可靠度計(jì)算公式和靈敏度公式，獲得艙門密封結(jié)構(gòu)的失效概率和各個(gè)隨機(jī)參數(shù)的靈敏度。
2.3可靠性分析結(jié)果
采用隨機(jī)樣本進(jìn)行抽樣5000次，分別計(jì)算得到兩種密封圈的失效概率對(duì)比，Pr為抽樣計(jì)算獲得的可靠度。兩者敏度分析結(jié)果大致一致，織物增強(qiáng)型密封帶由于較好的壓縮比具有更高的密封可靠度。
織物型密封帶的密封組件主要結(jié)構(gòu)變量的均值靈敏度和方差靈敏度分析結(jié)果，可見合理減小門框間距d1，擋件縱向距離d2和擋件導(dǎo)角半徑r，增大Z型擋件橫向尺寸d3和關(guān)門壓縮量d4，均有助于提高氣密可靠性。這些變量中，d1，d2，d4的均值和r的方差對(duì)失效較為敏感，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、維修檢驗(yàn)過程中需要嚴(yán)格這些尺寸的檢查。
另外，設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)注意上述隨機(jī)變量對(duì)艙門其他性能的雙面影響，例如：
(1)d1太小會(huì)使密封帶被擠出或“碰框磨框”影響關(guān)門便利性和增大磨損;(2)減小d2或增大d4雖然能夠增大接觸應(yīng)力，但是會(huì)直接加重開關(guān)門手柄力度，在保證氣密性的前提下設(shè)計(jì)合適的關(guān)門壓縮率是至關(guān)重要的;(3)增大d3會(huì)減小艙門有效面積，甚至可能會(huì)與開關(guān)門連桿機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉;(4)增大r會(huì)導(dǎo)致密封帶的應(yīng)力集中，削弱其使用壽命。所以設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)在保證密封的基礎(chǔ)上，綜合考慮上述因素和性能指標(biāo)要求，從而制定出合理的設(shè)計(jì)范圍。
3.結(jié)論
(1)設(shè)計(jì)過程中在保證密封可靠性的基礎(chǔ)上，須綜合考慮參數(shù)的兩面性，結(jié)合性能指標(biāo)要求制定合理的設(shè)計(jì)范圍。
(2)織物型密封帶具有更高的壓縮比，比非織物型密封帶具有更高的氣密可靠度，建議優(yōu)先選用。
(3)裝配尺寸(門框間距、擋件縱向間距)和關(guān)門行程量的均值和擋件導(dǎo)角半徑的方差對(duì)失效較為敏感，設(shè)計(jì)和裝配、維修檢驗(yàn)過程中需要嚴(yán)格這些尺寸的檢查。
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