浅谈民用飞机舱门密封结构的气密可靠性
民用飞机舱门设计各阶段要点研究
- 71 -工 业 技 术１ 飞机概念阶段从市场调研和顾客对飞机的要求捕捉出对舱门使用、维护要求，形成舱门的顶层设计要求。
在此阶段，设计人员主要通过舱门布置、舱门形式、开启方式、可用空间等多种设计概念进行对比论证。
１．１ 舱门布置舱门布置时，首先要确定前后登机门、前后服务门、货舱门的数量、位置、大小，其次考虑其他应急门，再根据机身上安装设备的维护情况，需要设置电子设备舱门、APU 维护门、其他维护舱门。
登机门作为出入客舱的舱门，在布置时要考虑满足人员出入飞机的舒适性、方便性，同时登机门一般兼作应急出口，还要满足CCAR25部关于应急出口布置的要求。
布置应急出口就是确定应急出口的数量、尺寸、位置的过程。
应急撤离的目标是：即使在飞机姿态非正常等情况下，90s 内尽快将所有乘客与机组人员从机舱安全撤离到地面或水面。
应急出口的设置应严格按照CCAR25第25.807条和25.809条款要求。
货舱门应根据飞机装载能力，使最大可行尺寸的包装箱进出，并便于装运各种不同的规格、不同种类的尽可能多的货物。
对于民航客机，由于登机门一般位于航向左侧，为了便于人、货分流，一般货舱门布置在飞机右侧。
舱门的布置注意点：1）舱门不宜紧靠机身结构分离面；2）舱门不宜靠近与机翼前、后梁连接的框布置；3）舱门布置不宜改变机身原来的框距；4）舱门布置需考虑在使用时，不能与飞机周围保证车辆的使用发生冲突。
１．２ 舱门形式舱门形式分为堵塞式、半堵塞式和非堵塞式。
堵塞式和半堵塞式舱门只承受内部压力或座舱压力，非堵塞式舱门除承受内部压力外还承受机身剪力。
无论堵塞式舱门还是非堵塞式舱门，压差引起的载荷均由舱门骨架和舱门蒙皮共同承受。
１．３ 开启方式和可用空间开启方式的选择是指手动操纵开启或者动力驱动的选择，是内开式还是外开式的选择、是侧翻还是平移开启的选择。
开启方式的选择要从满足舱门功能的需求出发，综合考虑技术的可实现性、风险与研制成本。
２ 初步设计阶段根据舱门的顶层设计要求，结合适航条款要求，形成各舱门的设计要求；初步确定各舱门的总体布置、尺寸大小、开启方式与机构原理设计方案，进行舱门结构初步布置；初步确定舱门材料选用方案；初步确定舱门密封带的形式和材料；开展各舱门的功能危害分析（FHA）和初步系统安全性评估（PSSA）；开展选型试验。
舱门密封件设计
结构外形如图1所示。
图1密封件结构外形
为了保证舱门密封性,需对舱门密封件进行验证分析
门密封件设计的合理、正确性。
作者简介:渠涛(1982.07—),
科技视界
Science
A380飞机复合材料的应用情况[1]。
图1A380飞机复合材料应用情况
结语
纵观飞机结构及材料的发展史,到目前为止,铝合金依然是主体材料。
合金钢虽然用量较少,仍有着不可替代的位置。
随着材料技术加工工艺的发展,钛合金及复合材料在飞机上的应用越来越广泛
量也越来越大。
选材与飞机性能息息相关。
作为飞机设计工程师,应密切关注新型材料的研发、工艺、应用等相关动态。
只有这样,才能是实现飞机结构设计的不断进步。
【参考文献】
[1]崔德刚.浅谈民用大飞机结构技术的发展[J].航空学报,2008(3):575.
[2]骞西昌.铝合金在运输机上的应用与发展[J].轻合金加工技术,2005(10):7.
[3]牛春匀.实用飞机结构工程设计[M].北京:航空工业出版社,2008:131.
[责任编辑
图2密封件加载mises应力图
3.2环境试验
考核密封件在高、低温环境,湿度环境,各种流体污染介质、霉菌环境的抵抗能力,保证密封件在各种环境下能够正常使用。
3.3性能试验本文对舱门密封件设计考虑因素
(上接第60页)。
气密性原理
气密性原理气密性是指物体表面或内部不透气体的特性。
在工程领域中，气密性是一个非常重要的概念，它直接关系到产品的质量和性能。
在各种工程设计中，保持物体的气密性是非常重要的，因为一旦物体失去了气密性，就会导致各种问题的产生。
因此，了解气密性原理对于工程设计和生产是至关重要的。
首先，气密性原理是指物体内部或表面不透气体的特性。
这意味着物体可以有效地阻止气体的渗透和泄漏。
在工程设计中，保持物体的气密性可以有效地防止气体泄漏或渗透，从而保证产品的性能和质量。
例如，在汽车制造中，发动机的气密性对于汽车的性能和燃油效率至关重要。
如果发动机失去了气密性，就会导致燃油泄漏和性能下降。
其次，气密性原理与材料的选择和制造工艺密切相关。
选择合适的材料和采用合适的制造工艺可以有效地提高产品的气密性。
例如，在飞机制造中，采用高强度、高密度的材料，并采用先进的焊接和密封工艺，可以保证飞机的气密性，从而确保飞机在高空飞行时不会受到外部气压的影响。
此外，气密性原理也与产品的测试和检验密切相关。
在生产过程中，对产品的气密性进行测试和检验是非常重要的。
只有通过严格的测试和检验，才能确保产品的气密性达到设计要求。
例如，在医疗器械制造中，对手术器械的气密性进行严格的测试和检验，可以确保手术器械在使用过程中不会出现气体泄漏的问题，从而保证手术的安全性。
总之，气密性原理是工程设计和生产中一个非常重要的概念。
保持产品的气密性可以有效地提高产品的性能和质量，从而满足用户的需求。
因此，在工程设计和生产过程中，要充分重视气密性原理，选择合适的材料和制造工艺，并进行严格的测试和检验，以确保产品的气密性达到设计要求。
民用飞机的结构特点
民用飞机的结构特点民用飞机是一种专门用于民用航空运输的飞机，它和军用飞机相比，在结构设计上有很大的不同。
民用飞机的结构特点是整体性、舒适性、安全性和经济性。
首先，民用飞机的整体性十分强。
这是因为民用飞机需要在飞行过程中保持较长时间的稳定性和平稳性，而整体性的设计可以提高飞机的机体强度和刚度，减少飞机飞行过程中的振动和变形，保证了安全性。
此外，现代民用飞机使用先进的材料和制造技术，例如航空级复合材料，可以使整体性更加优异。
其次，民用飞机的舒适性也是其重要的结构特点。
因为民用飞机通常要飞行很长时间，其设计要充分考虑乘客的舒适需求。
例如，民用飞机的客舱设计要充分考虑空气循环、温度、噪音以及航班时差等因素，以确保乘客可以舒适地度过整个飞行过程。
第三，民用飞机的安全性也是其结构特点之一。
民用飞机使用的是高质量的材料和技术，在设计过程中强调了强度和韧性的要求以确保飞机在紧急情况下能够保持结构稳定。
此外，民用飞机还配备了安全设备，例如飞行数据记录器和黑匣子等，以便在发生事故时能够提供数据分析和后续处理。
最后，民用飞机的经济性是其另一个结构特点。
由于民用飞机需要长时间的运行，因此需要经济性更佳的结构设计。
在设计过程中，民用飞机通常会考虑减轻自身重量和减少空气阻力，以达到更低的燃油消耗和运行成本。
此外，民用飞机还会采用滑翔和自动控制等技术，进一步提高其经济性和飞行效率。
综上，民用飞机的结构特点是整体性、舒适性、安全性和经济性。
这些特点相互影响，共同构成了现代民用飞机的高水平结构设计。
同时，这些特点也对设计者在实践中提出了更高的要求。
为了设计出更优秀的民用飞机，设计者需要不断吸纳技术创新，加强设计和制造环节中的质量管理，不断推进结构优化与安全可靠性提高。
航空发动机空气密封技术的研究与应用
航空发动机空气密封技术的研究与应用航空发动机在飞行中需要不断地吸取大量的空气以维持燃烧，同时也需要将排放的废气排至大气之中。
为了保证发动机的高效性和燃烧效率，航空工程师们不断地探索着新的方法，其中空气密封技术就是其中之一。
本文将重点探讨航空发动机空气密封技术的研究与应用。
一、空气密封技术的意义和作用航空发动机需要吸取大量的空气以维持燃烧，但也需要保证发动机内的空气流动畅通，这也就意味着，在发动机运转时，必须保证发动机内部和外部的密闭性，否则就会导致气流的泄漏，降低了发动机的效率和功率。
空气密封技术就是解决这个问题的方法。
简单来说，空气密封技术就是一种在发动机和外部环境之间创造一个密闭的接触面，能够减少气流泄漏，从而提高发动机的效率和功率。
二、空气密封技术的分类空气密封技术主要分为动密封和静密封两种类型。
动密封主要是通过发动机内部转轴上的旋转部件对气体进行密封，例如采用机械密封、弹簧密封等技术，在旋转部件转动的过程中，通过旋转部件与密封件或轴承之间的摩擦进行密封。
静密封则主要采用非旋转部件，通过气体静力和摩擦力来进行密封。
比如采用O型环、拟合密封等技术进行气密封，这些密封件主要采用高弹性材料制成，当气体进入密封件时，它们可以随着密封面改变而产生变形，从而形成密封。
三、航空发动机空气密封技术的发展航空发动机空气密封技术在过去几十年中已经不断地得到发展和应用。
早在20世纪50年代，人们就开始应用空气密封技术，当时主要采用的是静密封技术，其原理就是在发动机的外部和内部之间添加一层隔热材料，从而降低进入发动机的空气温度，从而提高燃烧效率。
随着科技和理论的发展，人们开始探索动密封技术的应用，并不断地进行改进和发展。
现在，航空工程师们可以采用一系列密封件来保证气密性，如机械密封、液体密封，甚至是精密空气流控制系统等。
四、空气密封技术的应用航空发动机空气密封技术的应用范围非常广泛，在大型民用飞机、军用飞机和民用运输机等各种航空器中，都需要应用到空气密封技术。
航空密封结构形式
航空密封结构形式
航空密封结构是指在航空器中使用的一种特殊的密封结构，它能够有效地防止空气、水汽、液体和其他杂质进入航空器内部，保证航空器的正常运行和安全飞行。
航空密封结构的设计和制造需要考虑多种因素，如航空器的使用环境、气压、温度、湿度等因素。
因此，航空密封结构通常采用高强度、高耐腐蚀性和高温耐受性的材料，如钛合金、不锈钢、铝合金等。
航空密封结构的主要作用是防止航空器内部的压力泄漏，保证航空器的正常运行。
在航空器的机身、机翼、发动机等部位都需要使用密封结构，以确保航空器的安全性和可靠性。
航空密封结构的制造需要高精度的加工技术和严格的质量控制，以确保密封结构的精度和可靠性。
同时，航空密封结构的维护和保养也非常重要，需要定期检查和更换密封件，以确保密封结构的完好性和可靠性。
航空密封结构是航空器中非常重要的一部分，它能够有效地保护航空器内部的设备和系统，确保航空器的正常运行和安全飞行。
因此，在航空器的设计、制造和维护过程中，航空密封结构的重要性不可忽视。
飞机机身连接件的密封与防漏设计
飞机机身连接件的密封与防漏设计飞机机身连接件的密封与防漏设计在飞机制造中起着至关重要的作用。
一架飞机由众多连接件组成，其中的密封与防漏设计直接关系到飞机的安全性、性能和寿命。
本文将从密封与防漏设计的基本原理、关键技术和未来发展趋势等方面展开探讨。
密封与防漏设计的基本原理飞机机身连接件的密封与防漏设计是指在连接件之间或连接件与机身之间采用合适的密封材料和密封结构，以防止液体、气体或其他介质的泄漏。
密封的原理通常包括静密封和动密封两种。
静密封是指在两个相对静止的连接件之间采用密封材料或结构来实现密封，如O形圈、密封胶条等；动密封则是指在两个相对运动的连接件之间采用密封材料或结构来实现密封，如旋转密封、活塞密封等。
关键技术在飞机机身连接件的密封与防漏设计中，关键技术包括密封材料、密封结构、密封性能检测和密封设计优化等方面。
首先是密封材料的选择，对于不同工况和介质，需要选择具有良好密封性能和耐高低温、耐腐蚀、耐磨损等特性的密封材料。
其次是密封结构的设计，需要考虑连接件的形状、尺寸和运动方式等因素，合理设计密封结构以确保密封效果。
第三是密封性能检测，通过压力测试、真空测试、泄漏检测等手段对密封性能进行验证和评估。
最后是密封设计的优化，通过仿真计算、试验验证等方法对密封设计进行优化改进，提高密封效果和可靠性。
未来发展趋势随着航空技术的不断发展，飞机机身连接件的密封与防漏设计也将面临新的挑战和机遇。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面：一是新型密封材料的研发，如具有自愈合功能的材料、具有自适应性能的材料等，以满足更高要求的密封性能。
二是智能化密封技术的应用，如采用传感器和执行器实现自动监测和调节密封状态，提高密封系统的可靠性和智能化水平。
三是数字化设计与制造技术的应用，通过数字化仿真和快速制造技术实现密封设计的精确优化和快速验证。
总结飞机机身连接件的密封与防漏设计是飞机制造中至关重要的技术环节，对飞机的安全性、性能和寿命都有着重要影响。
【每日一课】仓房气密性测定（第五课）
【每日一课】仓房气密性测定（第五课）仓房气密性测定内容提示：一、气密性测定原理二、气密性的标准三、气密性材料表四、平方仓气密性检测五、气密性测漏方法一、气密性测定原理气密性是指密封后的粮堆对内外气体交换阻隔效果。
国内外用于评价这种气密性高低或好坏的主要方法是压力衰减法，其原理是向密封环境中充入或者吸出空气，使密闭环境的气体压力大于或小于外界大气压力，停止充气或吸气后，使用压力计测定内外压力达到一致的时间，利用时间的长短，作为评价气密性参数。
即压力衰减得越快，粮堆的气密性越差；压力衰减得越慢，粮堆的气密性越好。
为了节约测定时间，实际测定中采用测定压力差恢复到一半的时间，即压力半衰期。
二、气密性的标准三、气密性材料表四、平方仓气密性检测1.原理采用压力衰减法检测。
用风机将空气压入仓内（正压检测）或从薄膜密闭的粮堆中抽出空气（负压检测），使仓（粮堆）内外压力达到规定的压力差后停机，根据压力衰减达到规定压力差的时间，判断平方仓或粮堆的气密性。
2.仪器设备与用具风机：中低压离心风机，风压1000~3000pa、风量5000m3/h~15000m3/h。
连接管：正压采用柔性材料如帆布管连接；负压采用刚性管件或带有支撑的柔性管件。
闸阀：采用气密性好、开关迅速、操作方便的部件直接安装在通风口上。
压力计或微压表：压力范围≤±1500pa，精度≤±10pa。
一般用乳胶管从熏蒸浓度检测箱处连接。
秒表：精度≤0.1s喷壶：内装2%家用洗涤剂与水混合液或发泡液，用于仓房漏气部位检查。
3.步奏①测试前，做好门窗孔洞及缝隙密闭工作。
②确定气密性是采用正压还是负压。
③连接好检测使用的仪器设备。
④做好防护措施，避免压力过大破坏仓体结构。
⑤开始检测：启动风机并开启闸阀向仓内加压，至仓内压力超过设定压力值10%时迅速关闭闸阀。
当压力达到设定值时开始计时，记录压力衰减到设定值一半时所用的时间，压力半衰期。
⑥没仓检测次数不少于3次，将结果填入记录表中，且每仓、每次检测结果都应达到上述气密性等级要求，如果达不到需查明原因进行处理。
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浅谈民用飞机舱门密封结构的气密可靠性
【摘要】采用可靠性思想分析飞机舱门密封结构参数对密封性能的影响。
对两种型号的舱门密封带进行整体规格的压缩实验，将关门行程、装配尺寸、挡件尺寸等视为随机变量，采用有限元软件对两种密封带的气密可靠性进行比较，得到了密封结构参数的均值灵敏度和方差灵敏度，对舱门密封带选型与结构的优化设计提供参考。
【关键词】舱门密封结构；密封带；气密可靠性；灵敏度
0.引言
飞机舱门的密封是防止舱内漏气或失压的重要保障，气密性能与密封结构的设计密切相关。
飞机舱门组合密封结构主要由P型密封带、密封压条、Z型挡件、门体和门框组成。
d1为门体与门框间隙；d2为挡件纵向距离；d3为Z型挡件横向尺寸；d4为关门行程；r为档件导角半径。
但是，由于制造误差、安装同轴度以及使用过程中的磨损等因素，将导致密封结构的实际位置与设计值存在随机偏差，这种离散性威胁着舱门的气密可靠性。
密封带是一种能够发生大变形的高弹性橡胶材料，其压缩变形特性对舱门整体的气密刚度起主导作用，是选型的重要依据之一。
已经有很多学者利用有限元分析方法分析了实心橡胶圈的压缩应力特性，研究对象涉及指尖密封、O型密封，球型密封等。
在密封材料性能、仿真以及结构参数对密封性能的影响分析方面进行了十分有益的尝试。
本工作选取目前飞机舱门中应用较为广泛的P型密封带组合密封结构，考虑了密封结构参数的随机性，基于密封带压缩实验结合有限元仿真，采用有限元软件抽样分析了密封结构气密可靠性和参数灵敏度。
1.确定性分析
1.1有限元模型
相比飞机舱门门体、门框和挡件材料（E=70GPa），密封圈材料的模量很小（E=0.0075GPa），密封带作为大柔度结构直接决定着门体的气密刚度，需要着重关注密封带的变形。
因此，将门体、门框、密封压条和挡件近似为刚体，只考虑密封带的变形。
建立舱门密封结构的有限元模型，单元类型选择四节点平面应变Herrmann单元，单元总数为650。
飞机舱门密封带一般设计有小孔，飞行过程中舱内压力能够通过这些眼孔渗透进入密封圈内，不但起到了加强密封的作用，还能够延长密封圈使用寿命。
圈内气压的作用效果可以采用有限元软件中特有的气囊空穴模型单元来模拟。
正常飞行条件下，舱内保压恒压值设定为0.076MPa。
摩擦模型为库仑模型，硬铝与橡胶的摩擦因数取0.25。
1.2密封带材料模型
利用MSC.Marc软件中的“Evaluate Material”功能分别采用上述两种模型对密封圈压缩实验数据进行拟合，发现与实验数据基本吻合，能够较好地适应非常数的剪切模量情形和材料的轻微压缩行为，已被成功地应用于密封圈产品分析。
2.可靠性分析
2.1随机变量与极限状态函数
由于制造误差、安装偏差或者使用过程中门轴等的磨损，均将导致实际装配尺寸与设计理想值发生随机偏差，使密封圈的压缩接触力不能够达到密封要求。
这里着重评估上述变量对舱门密封带密封性，根据概率论中心极限定理，一般可认为结构尺寸服从3σ（σ为标准差）的均值正态分布，且相互独立。
密封失效是可靠性评估中的一项重要失效模式。
密封带通过发生弹性变形填满相互接触的门体、门框表面之间的间隙，并维持一定的接触压力，从而达到气密效果。
泄露率是定量评估舱门密封效果的重要指标，泄露经常是由于密封压缩力不足导致的，因此接触力常常作为密封结构气密性的评判指标，舱门设计要求能够承受3倍设计压差载荷的内外压差，折算到单位接触面积上的压缩力要求大于0.25N。
2.2可靠性分析方法及过程
采用有限元软件进行可靠性计算，主要基于以下3点：
（1）密封结构计算涉及接触问题，其压缩响应具有非线性隐式关系，对于隐式极限状态方程的可靠性分析，法计算思路简单且易于编程实现；（2）由上述确定性分析可知，密封圈与门框属于二次接触问题，结构参数不但决定了接触力的大小，还决定了能否发生接触，不发生接触时接触力恒为零，因此，密封圈与门框之间接触力与结构参数之间的响应关系是一个接触点位置随机变化并且与密封圈与挡件的第一次接触相关，会导致难以拟合合适的响应面和计算收敛性问题；（3）结果可信度要高于其他方法，常常作为校核其他方法的依据。
本密封圈单次确定性仿真的时长较短，因计算成本仍然在可接受的范围。
结合自编程实现数据指定分布的随机化处理与抽样，同时调用Marc软件进行上述确定性计算，计算完成后提取密封带与门体的接触力进行失效统计并代入可靠度计算公式和灵敏度公式，获得舱门密封结构的失效概率和各个随机参数的灵敏度。
2.3可靠性分析结果
采用随机样本进行抽样5000次，分别计算得到两种密封圈的失效概率对比，Pr为抽样计算获得的可靠度。
两者敏度分析结果大致一致，织物增强型密封带由于较好的压缩比具有更高的密封可靠度。
织物型密封带的密封组件主要结构变量的均值灵敏度和方差灵敏度分析结果，可见合理减小门框间距d1，挡件纵向距离d2和挡件导角半径r，增大Z型挡件横向尺寸d3和关门压缩量d4，均有助于提高气密可靠性。
这些变量中，d1，d2，d4的均值和r的方差对失效较为敏感，设计和生产、维修检验过程中需要严格这些尺寸的检查。
另外，设计过程中还应注意上述随机变量对舱门其他性能的双面影响，例如：
（1）d1太小会使密封带被挤出或“碰框磨框”影响关门便利性和增大磨损；（2）减小d2或增大d4虽然能够增大接触应力，但是会直接加重开关门手柄力度，在保证气密性的前提下设计合适的关门压缩率是至关重要的；（3）增大d3会减小舱门有效面积，甚至可能会与开关门连杆机构发生干涉；（4）增大r会导致密封带的应力集中，削弱其使用寿命。
所以设计过程中还应在保证密封的基础上，综合考虑上述因素和性能指标要求，从而制定出合理的设计范围。
3.结论
（1）设计过程中在保证密封可靠性的基础上，须综合考虑参数的两面性，结合性能指标要求制定合理的设计范围。
（2）织物型密封带具有更高的压缩比，比非织物型密封带具有更高的气密可靠度，建议优先选用。
（3）装配尺寸（门框间距、挡件纵向间距）和关门行程量的均值和挡件导角半径的方差对失效较为敏感，设计和装配、维修检验过程中需要严格这些尺寸的检查。