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民用飞机舱门通风口机构的设计与研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

民用飞机舱门通常作为人员进出、货物装卸、舱段维护的开口,飞行过程中不仅承受增压载荷(非增压门除外),还要保证机舱的密封。舱门的设计对飞机安全起着举足轻重的作用,尤其是作为应急出口的舱门,其直接影响旅客安全和应急逃生。完全关闭和打开舱门需要一系列有顺序的操作,这些操作中稍有疏漏或者故障产生而未被及时发现,都将导致严重结果,历史上有多起飞行事故均是由于舱门未完全关闭就增压起飞而引起的。

1 增压预防相关适航规定

为防止飞机舱门在未完全关闭状态下增压起飞,我国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准以及AC25.783,机身舱门相关规定如下[1-2]

必须有措施防止增压舱门在没有完全关闭、闩住和锁定的情况下把飞机增压到一个不安全的水平。

必须设计成在发生任何单个失效之后,或者在发生未表明是极不可能的失效组合之后仍然具有功能。

对于无危险的门不需要有专门的增压预防措施,如果从该门的每个可能位置它都将保持一定程度的打开避免增压,或者在增压时都安全地关闭和锁闩。

2 通风口机构功能

民用飞机舱门常见的增压预防措施包括自动控制的空调系统和机械控制的通风口机构,由于机械控制的通风口机构可靠性高,如果与舱门闩锁串联设计,还能高效监控舱门关闭状态,因此,通风口机构作为增压预防措施得到了广泛的应用,某型飞机舱门通风口机构如图1所示。

24 ℃下,干空气密度为ρ=1.188 kg/m3[4],将各参数带入到式(1)中,得到通风口有效流通面积A=0.009 m2

  

图1 某型飞机舱门通风口机构

通风口机构通常应具有如下功能:

1)监控舱门状态。关闭舱门时,监控舱门是否完全达到上闩、锁定关闭状态,防止舱门在没有完全上闩或者锁定关闭的情况下,座舱增压到不安全水平。

2)释放残余压力。打开舱门时,操作人员向外开启舱门之前,快速释放座舱内残余压力。防止开门时舱内压力过高导致舱门快速向外打开,造成人员伤亡。

3 机构详细设计

马耳他凸轮-四杆机构虽然没有槽凸轮的自锁功能,但是通常将四杆机构做过中心设计,防止机构逆转。如图13所示,AB杆与通风口盖连接,作为机构输出,CD杆与马耳他凸轮连接,作为机构输入。四杆处在A、B、C、D位置时,通风口完全打开;CD运动到C1时,AB运动到B1,BC杆和CD杆共线,所在直线为机构的中心线;CD运动到C2时,AB运动到B2,通风口完全关闭。如果通风口关闭后有意外打开趋势,将推动CD杆由C2处沿ω方向继续转动,而此时CD杆受到结构限位,不能继续转动,从而有效防止了机构反驱,通常过中心角∠C1DC2不宜过大,一般不超过5°。

(3)将管道灌浆喷洒至设计深度后,输入所需的水、气体和浆料,喷洒1~3min,当注入的浆液出来时,根据预定的提升、旋转和摆动速度从底部向顶部喷射和摆动,同时提升到设计高度。

为了满足“任何单个失效之后,或者在发生未表明是极不可能的失效组合之后增压预防措施仍然具有功能”的要求,通常将通风口盖设计成始终趋于打开状态,如果关闭舱门时,通风口机构零件出现单一失效,通风口盖不能关闭,最终导致客舱无法增压,从而实现单个失效后机构仍然具有增压预防功能。

3.1 机构组成形式

通风口机构主要有槽凸轮-四杆机构和马耳他凸轮-四杆机构形式,两种形式各有优缺点,如表1所示,依据舱门功能要求选择机构形式。

 

1 两种机构优缺点对照表

  

名称自锁功能卡滞风险传动效率槽凸轮四杆有有低马耳他凸轮四杆无无高

1)槽凸轮-四杆机构

槽凸轮-四杆机构形式的通风口机构如图2所示,机构运动时,通过槽凸轮驱动四杆机构,从而精确控制通风口盖打开和关闭。设计中可以利用凸轮曲线合理分配机构时序,精确监控舱门闩、锁状态;在凸轮槽起止位置设计自锁曲线,达到防止机构反驱的功能;优化凸轮槽曲线,控制机构操纵力,但机构存在卡滞风险,凸轮的制造成本略高。

  

图2 槽凸轮-四杆通风口机构示意

2)马耳他凸轮-四杆机构

马耳他凸轮-四杆机构形式的通风口机构如图3所示,这种机构通过马耳他凸轮驱动四杆机构,具有组成形式简单、机构摩擦小、传动效率高、可靠性高、加工制造成本低、卡滞风险低等优点。虽然这种机构没有槽凸轮的自锁功能,但通常对四杆机构做过中心设计,防止机构逆转。

  

图3 马耳他凸轮-四杆通风口机构示意

3.2 机构安装位置

依据舱门大小、内部机构、主承力结构的位置,确定通风口机构的安装位置,同时要满足运动空间、载荷工况以及人机工程等要求。

1)运动空间:尽量布置在舱门结构开敞区,避免运动干涉。

看着这些五颜六色的保时捷停在一起,似乎这应该是我所经历过最为热闹、令人热血沸腾的一次“家庭聚会”了。虽然没有什么丰盛的大餐或者醇厚的美酒,但不过是听着这些水平对置6缸自然吸气发动机的轰鸣,我就已经没有任何遗憾了。的确,这个特殊的家族令人魂牵梦绕,而在我看来,更令人感觉无法割舍的却是这个家族一脉相承的性能理念、哲学以及渴望。

2)载荷工况:如果口盖处于飞机水线以下,其除了承受正常增压载荷以外,设计中还要考虑飞机水上迫降后,通风口盖承受的水上负压载荷。

“哉”是句末语气词。在西周金文中已经出现。[4]206主要表示感叹语气,也表示疑问,反诘等语气。上博楚简三篇中“哉”出现了1次。表示反诘语气,译为“呢”。

3)人机工程:充分考虑开门手柄位置,避免口盖与开门手柄距离太近,造成开门过程中意外夹手。如图4 a)所示,波音777登机门应用蝶形手柄开门,通风口在手柄上侧,开关门过程中操作人员双手转动蝶形手柄,控制通风口盖开关,不会造成夹手等意外伤害。如图4 b)所示,A320后货舱门开关门过程中,通常操作人员左手扶住舱门,右手旋转手柄,通风口盖在手柄右上方门,距离相对较远,不会造成夹手等意外伤害。

电机驱动部分。两路(水平和俯仰)H桥驱动直流电机,通过H桥的通、断组合状态来实现用两线控制直流电机的正反转,如图5,Q1、Q4,Q2、Q3都截止时,电机处于静止状态;当Q1、Q4截止,且Q2、Q3导通时,电机往一个方向转动;当Q2、Q3截止,且Q1、Q4导通时,电机往另一个方向转动。处理器通过基础的日期时间、传感器信号、限位状态和手动控制状态来控制H桥的通断组合,实现对两电机的驱动,完成对日跟踪。在这过程中一定要注意Q1、Q4、 Q2、Q3截止和导通的时序,严禁Q1和Q2或Q3和Q4同时导通的情况。

  

a)B777登机门通风口位置 b)A320后舱门通风口位置

 

4 通风口机构安装位置

3.3 计算通风口盖打开角度

依据座舱供气量、环境压力、客舱容积、座舱内外压差要求以及座舱温度等设计输入,确定通风口的最小有效流通面积,从而确定通风口盖打开角度α。

AC25.783-1A增压预防部分规定,若门未完全关闭,座舱压差在0.5 psi以下时,应考虑限制增压。因此,当通风口完全打开后,座舱在最大供气流量下的压差不能超过0.5 psi。

2.4 BALF和血清中TNF-α浓度 结果(表1)表明:损伤后4 h、12 h,治疗组BALF和血清中TNF-α浓度均较对照组下降,差异均有统计学意义(P<0.05)。

1)通风口有效流通面积计算

由伯努利方程可知,理想气体定常流动时,总压是静压与动压之和[3]。当通风口打开的时候,舱内外的压力差体现在通风口的气流运动上,再依据定常流体连续方程可得到式(1)[3]

 

(1)

式中:W为座舱供气量,kg/s;A为有效流通面积,m2ρ为气体密度,kg/m3;ΔP为外部环境压力,Pa;C为流量系数。

设计中,通常将槽凸轮与闩、锁机构串联设计,如果关门时,闩、锁机构存在故障,通风口机构的槽凸轮不能旋转,通风口盖在弹簧的作用下处于打开状态,从而实现监控闩、锁机构和增压预防的功能。

以某型飞机相关气压、环境参数为例:座舱供气量2 240 kg/h,环境压力101 325 Pa,座舱内外压差不超过0.5 psi,座舱温度24 ℃,计算通风口有效流通面积如下:

尽管涉诉信访制度在联系人民群众、维护司法公正方面发挥了一定的作用,但是其弊端也较为明显。最主要的就是涉诉信访统计通报考评等机制加强了上级法院在“审判系统内部的司法行政方面的权力”[1]386,进而导致对下级法院审判独立的损害。

(3)由于半参数估计模型能够兼顾“参数”和“非参数” 2类因素,因此能得到较为准确的估计量,且采用半参模型的解算方法比传统最小二乘法精度更高。

如图8所示,凸轮驱动安装在BC杆上的滚轮,进而驱动四杆机构,控制通风口盖的打开和关闭姿态,在凸轮槽内的滚轮类似滚动轴承,摩擦力非常小。

通风口完全关闭示意图如图5所示,完全打开示意图如图6所示。机构运动过程中口盖打开角度α,扫略面积分别是SASBSC,即当通风口完全打开后,实际空气流通面积为SASBSC之和。

  

图5 通风口完全关闭

  

图6 通风口完全打开

计算过程中,认为有效流通面积等于实际空气流通面积,可建立下式:

A=SA+SB+SC

(2)

依据式(2),应用CATIA等CAD软件模拟分析,确定满足上述关系的通风口盖打开角度α

3.4 机构设计原理

通风口盖打开角度α确定后,依据设计及功能要求,结合凸轮-四杆组合机构以及单独四杆机构的优缺点,选择机构组成形式,进行详细设计。

从中小学生发展的观念上看,学生的生活和艺术息息相关,有“生活高于艺术”也有“艺术高于生活”的看法,可无论是什么观点,我们都可以看出在生活中我们必然会接触到艺术。在《写给大家的中国美术史》一书中,看得出象形文字的产生过程与绘画的开始是有巨大的联系的,随着象形文字的逐渐出现,中国人将其赋予结合自然界的想法,文字也越来越丰富;中国人常说“书画同源”,也就是说:文字和图画原本是一样的东西。看古代的文字,和看画一模一样。从绘画的产生我们可以明白,绘画源于生活,也将为我们所用。因此,艺术的绘画层面也慢慢的与我国的教育结合,将教育更加优化、更加出彩。

3.4.1 槽凸轮-四杆机构

以某型机舱门通风口机构为例,如图7所示,槽凸轮-四杆机构主要由槽凸轮、四杆机构、通风口盖、弹簧组成。槽凸轮和四杆机构分别通过铰接点A、B、E安装在舱门结构上,零件绕铰接点所在的轴线能够自由旋转。

  

图7 槽凸轮-四杆通风口机构

2)通风口盖打开角度计算

  

图8 凸轮-四杆通风口机构

  

图9 弹簧工作原理

弹簧的作用是迫使通风口盖一直趋于打开状态,如图9所示,F表示弹簧力,ω表示通风口盖打开方向。如果机构采用扭转弹簧,则弹簧始终处于受扭状态,当口盖完全关闭,弹簧扭转变形最大,弹簧力F最大。如果机构采用圆柱螺旋弹簧,则弹簧始终处于受拉状态,当口盖完全关闭,弹簧受拉程度最强,拉力F最大。

考虑到气体的粘性,以及气体在通风口处的流向变化,通常取C为0.8。

槽凸轮的行程可分为3段,分别为监视段AB、过渡段BC和驱动段CD,如图10所示。

一是成立专业化测土配肥机构。针对土地流转加快,土地集中,大户出现,农资企业若能组织专业技术人员成立专业化测土配肥机构,最好挂靠在政府农业主管部门或协会框架之下,针对大户进行合同化服务,一对一定制式服务,是适应新形势的重大举措之一。现阶段,这样操作可能和传统渠道有一定冲突,但可以和经销商联手,合作共赢。配出的肥料一定是根据土壤肥力、作物需求和提高亩产而设计的精准配方,并且是散装掺混肥料,真正的BB肥,就像欧美发达国家的一样。当然,这样的机构成立,在中国最好是由专业市场营销策划公司进行策划和协助,企业组织运作,适当的商业广告投入是必须的,先打造一个样板市场,成熟后复制。

  

图10 凸轮工作原理

AB弧段与凸轮旋转轴心O同心,且半径不变。舱门打开后,滚轮处于A点,通风口盖完全打开,关闭舱门时,滚轮先由A运动到B,此时四杆机构静止不动,通风口盖完全打开,理论上被监视的闩、锁机构运动完毕,如果闩、锁机构发生卡滞等故障,则滚轮无法从A运动到B,通风口完全打开,客舱无法顺利增压,因此称AB为监视段。

1.4.1.1 引物设计和合成 从GeneBank中检索人Tim-3、TGF-β、Smad3、Smad7、Foxp3和β-Actin基因引物序列,应用DNAMAN软件设计引物,引物由上海生工生物公司合成,见表1。

BC弧段避免滚轮由B到C过程中出现突变载荷,造成卡滞或者滚轮破碎等故障,因此称BC为过渡段。

CD为变径弧段,关闭舱门时,如果监视段AB无故障,凸轮绕轴心O继续旋转,使滚轮由B点逐渐到D点,特别是滚轮由C点到D点过程中,驱动四杆运动,关闭通风口,因此称CD为驱动段。

当飞机落地时,滚轮处于D点,通风口盖完全关闭,打开舱门时,通风口最先打开,滚轮以D为起点,凸轮绕轴心O旋转,通过滚轮驱动四杆机构打开通风口,释放客舱内残余压差,避免残余压差在不安全水平时,打开舱门造成意外伤害。滚轮由D点到B点后,通风口完全打开,由B点到A点过程中,四杆机构和通风口盖静止不动,同时舱门完成解锁、解闩,舱门打开准备就绪。

凸轮设计过程中,应注意以下几点设计原则:

1)行程曲线首尾段设计成以旋转轴心为圆心的圆弧,实现四杆机构不能反驱凸轮的功能。

设计过程与槽凸轮-四杆组合机构的设计过程类似,根据通风口机构设计输入(γδ)以及机构的输出(通风口盖打开角度α),设计机构的安装位置及杆长。

3)对于摆动从动件,凸轮许用压力角通常取(40°~50°)[5]

凸轮设计过程中,同时要考虑被驱动的四杆机构的设计。依据舱门主结构确定凸轮和四杆机构的安装位置后,根据凸轮的设计输入以及机构的输出(即通风口盖打开角度α),协调凸轮与四杆之间的运动关系,从而确定理论行程曲线和四杆机构的杆长,最终完成凸轮-四杆组合机构的设计。

3.4.2 马耳他凸轮-四杆机构

以某型机舱门通风口机构为例,如图11所示。马耳他凸轮-四杆机构主要由马耳他凸轮、四杆机构、通风口盖、弹簧组成。四杆机构分别通过铰接点A、D安装在舱门结构上,零件绕铰接点所在的轴线能够自由旋转。

  

图11 马耳他凸轮-四杆通风口机构

弹簧的设计原理与槽凸轮-四杆机构中弹簧的设计原理相同。

无论是在采用快速维修的模式和方法上,还是认识到保险公司倾向于与维修连锁集团合作的现实方面,AMA与CapitalSmart两家集团都对澳大利亚事故车维修市场产生了重大影响。受其影响,市场上仅有2~6个小型门店的维修连锁集团数量在逐渐增加。但据说,AMA集团在过去6个月里已经收购了两家这样的小型维修连锁集团。

马耳他凸轮工作原理如图12所示。机构运动时,通过摇臂EF驱动马耳他凸轮,进而驱动四杆机构,控制通风口盖开关状态。摇臂EF的行程分为监视段γ和驱动段δ

  

图12 马耳他凸轮工作原理

设计中,通常将马耳他凸轮的驱动摇臂EF与闩、锁机构串联设计,如果关门时闩、锁机构存在故障,则摇臂EF不能旋转驱动马耳他凸轮,通风口盖在弹簧的作用下处于打开状态,从而实现监控闩、锁机构和增压预防的功能。

2)行程曲线圆滑过渡,避免滚轮在凸轮槽中卡滞和强烈冲击。

为满足关闭舱门时通风口机构监控舱门关闭状态的要求,可将通风口机构与舱门闩、锁机构串联设计,如果舱门完全关闭前或者关闭过程中闩、锁机构出现故障,则通风口不能关闭。即使舱门操作人员没发现闩、锁未到位,误关闭舱门,由于通风口未关闭,飞机客舱也无法增压,从而实现监控的功能。

  

图13 四杆机构过中心原理

4 结论

1)通风口机构整体布置中,充分考虑机构运动空间、载荷工况以及人机工程等要求。

2)凸轮设计过程中,行程曲线圆滑过渡,尽量避免卡滞和强烈冲击;尽量保证传动角大于30°,提高传动效率;行程曲线首尾段设计自锁圆弧,实现自锁功能。

3)四杆机构过中心角不宜过大,一般不超过5°。

4)通风口除了机构设计外,还要考虑口盖关闭后的结构密封以及破冰要求等。

发现使用20 mL塑料注射器优于长颈瓶和投药器。该药呈糊状,每只山羊15~20 mL,如用长颈瓶灌服,洒落和粘在瓶壁的很多,灌进羊口腔内的仅有一半。而投药器有弯管,实际操作速度较慢,装药也麻烦。塑料注射器口径小,在灌服投药时,将羊的舌头压住,推入会厌部,又快又精准[3]。

参考文献:

乡村振兴中的军民融合不同于其他领域的军民融合之处在于:其他领域的军民融合重点是提高军备竞争力,即军事领域高科技与民间高科技相互转化是为了提高现代化军事作战能力,所以,其他领域的军民融合注重的是界内融合即军备技术标准的趋同;而乡村振兴领域的军民融合重点则是用军工技术服务并改造传统农业,以便最快速、最大化地提高农村生产力水平,乡村一级则以现有的最高生产方式嵌入部队后勤建设,以便实现部队尤其是边疆偏僻驻军给养便利化,所以,乡村振兴领域的军民融合注重的是跨界融合,涉及的利益者会更多、安全监管会更复杂、人才配置要求会更严、对政策的顶层设计要求会更高,这在国家战略体系建设中意义重大。

[1] 中国民用航空局.CCAR 25-R4 中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准[S].北京:中国民用航空局,2011.

[2] AC25.783-1A Fuselage Doors And Hatches [S].US:Federal Aviation Administration, 2005.

[3] 刘军营.液压与气压传动[M].西安:西安电子科技大学出版社,2014:266-267.

[4] 《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第1册:常用公式、符号、数表[M].北京:航空工业出版社,1996.

[5] 郑文纬,吴克坚,郑星河,等.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1997:138-139.

 
梁东明,丛家勇
《民用飞机设计与研究》2018年第01期文献

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