CN103057688A - 一种飞机货舱门的助力机构 - Google Patents
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Abstract
一种飞机货舱门的助力机构，2个卷轴安装支座分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，并分别位于货舱门框的两侧。2个限位滚轮分别位于飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上。6个导向滚柱均分为两组分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，用于改变钢索的受力方向。所述的第一组导向滚柱安装在货舱门前滑轨的一侧，所述的第二组导向滚柱安装在货舱门后滑轨的一侧。所述2个限位滚轮分别安装在2个卷轴与各轨道之间，靠近各轨道。本发明能有效降低人员开启/关闭货舱门的操作力，而又不占用太大机内空间。适用于内堵塞式向上滑动打开的飞机货舱门，为货舱门打开/关闭提供助力/阻尼。
Description
技术领域
本发明涉及飞机结构设计领域，具体是一种飞机货舱门的助力机构。
背景技术
飞机在地面停机状态下，会由于人员出入、装卸货物、维修维护经常打开/关闭货舱门。由于货舱门是向上打开的，所以货舱门的打开力约等于货舱门的重力（一般货舱门重量大于30Kg）与滑轨的摩擦力之和，货舱门按重量按30Kg计算，手动操作力约为320N～350N，人员操作时会感觉吃力。货舱门关闭时，操作人员需人力控制货舱门的下滑速度，否则货舱门将在重力的作用下快速下滑，对门框造成冲击。如果长期如此，将对机体结构造成损伤，同时会加速滑轨的磨损。
为了提升货舱门打开/关闭操作的舒适性，从根本避免货舱门撞击门框结构，我们设计一套助力机构，为货舱门的打开提供助力，为货舱门的关闭提供阻尼。使货舱门的打开力降低到合适水平，同时，使货舱门在关闭过程中不会快速下滑。
通常有以下两种设计方案：
1)电动机驱动助力：固定电动机在货舱门上方，电动机外伸轴通过平键与钢索卷轴连接，电动机转动带动卷轴卷绕钢索实现货舱门打开/关闭，控制货舱门打开/关闭速度。
2)气弹簧助力。增加气弹簧，通过气弹簧为货舱门的开启提供助力，为货舱门的关闭提供阻尼。气弹簧支座布置在地板上，门两侧各布置一个，在货货舱门上增加支座与气弹簧连接，气弹簧向上推动货舱门开启。
对于飞机的货舱门助力机构的设计，要同时兼顾适用性和经济性。电动机驱动助力方案，需要安装相应控制系统，差速器等，结构相对复杂，成本较高，且整套系统的自重较大。气弹簧的助力方案，虽然结构简单，操作方便，但是会占用较大的机内空间，影响飞机的装载能力。所以需设计一套适用、经济且不太影响机内空间的货舱门助力机构。
发明内容
为了克服现有技术中存在的结构复杂、成本高、且整套系统的自重较大，或者占 用较大的机内空间的不足，本发明提出了一种飞机货舱门的助力机构。
本发明的目的是将货舱门打开/关闭操作力由300N以上降低到150N以下，使操作人员能轻松、方便的进行打开/关闭货舱门，解决打开货舱门过程中操作力大，关闭货舱门过程中没有阻尼的问题。
本发明包括2个卷轴安装支座、2个卷轴、6个导向滚柱、2根钢索、2个连接支座和2个限位滚轮。所述2个卷轴安装支座分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，并分别位于货舱门框的两侧；所述2个卷轴安装支座与货舱门框的间距均为50～200mm。2个卷轴分别固定在2个卷轴安装支座上。2个连接支座固定在飞机货舱门板下部的1/3～1/4处，并分别位于货舱门板的两侧边处。2个限位滚轮分别位于飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上；6个导向滚柱均分为两组。两组导向滚柱分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，用于改变钢索的受力方向。所述的第一组导向滚柱安装在货舱门前滑轨的一侧，所述的第二组导向滚柱安装在货舱门后滑轨的一侧。所述2个限位滚轮分别安装在2个卷轴与各轨道之间，靠近各轨道。
所述卷轴的输出力值范围为120～180N，行程不小于货舱门的运动距离。2个卷轴通过钢索作用在舱门上在舱门轨迹切线方向的分力之和与舱门重力在舱门轨迹切线方向的分力与舱门运动过程中摩擦力之和的差值小于150N；
通过公式（1）得到卷轴的输出力值；
F1·sinα+F2·sinα-G·cosβ-F摩擦=F手<150N （1）
通过公式（2）确定舱门两侧钢索拉力对于舱门中心所产生的力矩。
F1·sinα·a=F2·sinα·b （2）
通过公式（1）和公式（2）取得卷轴拉力的输出特性，并确定舱门运动过程中各特征点的位置；
在公式（1）和公式（2）中:
F1:飞机货舱前段的框隔板上的卷轴输出力；F2:飞机货舱后段的框隔板上的卷轴输出力；G：舱门重力；F摩擦:舱门在滑轨中摩擦力；F手:打开/关闭舱门的手动操作力；α:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与钢索夹角；β:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与水平线夹角；a:F1与G的水平距离；b:F2与G的水平距离。
所述两组导向滚柱中的第一个导向滚柱均固定在限位滚轮的下方，并位于从限位滚轮到连接支座距离的1/5处；第二个导向滚柱固定在从限位滚轮到连接支座距离的1/2处；第三个导向滚柱固定在第二个导向滚柱与连接支座之间的中间位置。
所述2个限位滚轮包括限位销、滚轮、支座。支座的几何中心有转轴，该转轴的轴线垂直于支座的表面。滚轮的圆周表面有用于安放钢索的凹槽。滚轮通过轴承安装在支座的轴承上。一对支撑板固定在转轴上，并使滚轮位于所述一对支撑板之间；该支撑板的顶端安装有限位销。
所述的导向滚柱包括滚套、支座。支座的几何中心有转轴，该转轴的轴线垂直于支座的表面。滚套通过轴承安装在支座的转轴上。
所述连接支座为盒体；所述底板上有贯通的连接孔；在所述盒体端板的外表面有凸台，该凸台的中心有钢索连接螺栓的安装孔。
本发明由安装底座及加强结构、卷轴、钢索、限位导向机构、装饰板组成。在货舱门两侧隔框上方布置卷轴，同时将卷轴在框上的连接部位适当加强。卷轴与货货舱门通过钢索相连，并使用限位导向机构对钢索进行限位和导向，使其与更接近货舱门运动轨迹。钢索及限位机构外侧加装装饰板，以达到保护和美观的效果。
货舱门打开过程中，由于卷轴的拉力，钢索始终处于拉紧状态。钢索的拉力与货舱门的运动方向相同，与货舱门的重力方向相反，与滑轨的摩擦力方向相反。从而，降低了打开货舱门所需的操作力，使货舱门的打开轻松方便。
货舱门关闭过程中，钢索也始终属于拉紧状态，钢索的拉力与货舱门的运动方向相反，与货舱门的重力方向相反，与滑轨的摩擦力方向相同。钢索的拉力和滑轨的摩擦力共同平衡货舱门的重力，使货舱门的下滑过程中产生阻尼，便于人员操作。
本发明能有效降低人员开启/关闭货舱门的操作力，而又不占用太大机内空间。适用于内堵塞式向上滑动打开的飞机货舱门，为货舱门打开/关闭提供助力/阻尼。
附图说明
图1是货舱门助力机构的结构示意图；
图2是货舱门的关闭位置的示意图；
图3是货舱门的打开位置的示意图；
图4是卷轴的结构示意图，其中，图1a是主视图，图1b是侧视图；
图5是卷轴与安装支座配合的示意图；
图6是限位滚轮的结构示意图；
图7是导向滚柱的结构示意图；
图8是连接支座的结构示意图；
图9是助力机构的布置示意图；
图10是货舱门前侧助力机构布置图；
图11是货舱门受力示意图；
图12是单侧助力机构受力分析图；
图13是各特征点的分布示意图。图中：
1.前滑轨 2.框隔板 3.货舱门框 4.货舱门 5.后滑轨6.卷轴安装支座 7.卷轴 8.导向滚柱 9.钢索 10.连接支座11.限位滚轮 12.飞机外形 13.货舱地板 14.限位销 15.滚轮16.支座 17.滚柱 18.支座 19.货舱门前侧助力机构20.货舱门后侧助力机构 21.货舱门运动轨迹
具体实施例
本实施例是一种飞机货舱门的助力机构，包括2个卷轴安装支座6、2个卷轴7、6个导向滚柱8、2根钢索9、2个连接支座10和2个限位滚轮11。
所述2个卷轴安装支座6分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，并分别位于货舱门框的两侧；所述2个卷轴安装支座6与货舱门框的间距均等，2个卷轴安装支座6与货舱门框的间距均为50～200mm，本实施例中，2个卷轴安装支座6与货舱门框的间距均为80mm。所述的飞机货舱前段的框隔板是指该货舱靠近机头方向的框隔板。2个卷轴7分别固定在2个卷轴安装支座6上。2个连接支座10固定在飞机货舱门板的下部的1/3～1/4处，并分别位于货舱门板的两侧边处。本实施例中，2个连接支座10固定在飞机货舱门板的下部的1/3处。
2个限位滚轮11分别位于飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，并分别安装在2个卷轴7与各轨道之间，靠近各轨道。所述的2个限位滚轮11作为钢索轨迹的起始点。当货舱门处于完全打开的位置时，钢索拉力的方向由限位滚轮11确定。
6个导向滚柱8均分为两组。两组导向滚柱8分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，用于改变钢索的受力方向。所述的第一组导向滚柱8安装在货 舱门前滑轨的一侧，所述的第二组导向滚柱8安装在货舱门后滑轨的一侧。
所述的第一组导向滚柱8安装在货舱门前滑轨的一侧的分布状况是，其中第一组导向滚柱8中的第一个导向滚柱8固定在位于飞机货舱前段的框隔板上的限位滚轮11的下方，并位于从限位滚轮11到连接支座10距离的1/5处；第二个导向滚柱8固定在从限位滚轮11到连接支座10距离的1/2处；第三个导向滚柱8固定在第二个导向滚柱8与连接支座10之间的中间位置。所述各导向滚柱8与货舱门前滑轨之间的距离相同。
所述的第二组导向滚柱8安装在货舱门后滑轨的一侧的分布状况是，其中第二组导向滚柱8中的第一个导向滚柱8固定在位于飞机货舱后段的框隔板上的限位滚轮11的下方，并位于从限位滚轮11到连接支座10距离的1/5处；第二个导向滚柱8固定在从限位滚轮11到连接支座10距离的1/2处；第三个导向滚柱8固定在第二个导向滚柱8与连接支座10之间的中间位置。所述各导向滚柱8与货舱门后滑轨之间的距离相同。
钢索9一端的端头安装在卷轴7上，过各各导向滚柱后，另一端与货舱门下端的连接支座10用螺栓连接。卷轴7始终通过钢索为货舱门提供拉力。当打开货舱门时，钢索自连接支座10向卷轴运动，该运动过程中钢索逐个脱离各导向滚柱，并使钢索有效拉力的方向与货舱门沿滑轨的运动方向形成合力，直至货舱门完全打开。当关闭货舱门时，钢索自卷轴向连接支座10运动，该运动过程中钢索逐个绕过各导向滚柱，并使钢索有效拉力的方向与货舱门沿滑轨的运动方向形成合力，直至货舱门关闭。
本实施例中，整个货舱门关闭过程由于卷轴7始终通过钢索9为货舱门提供向上的拉力，即产生阻尼效果，避免舱门在重力的作用下过快下滑。
参看图2、图3，货舱门是内开式，沿滑轨向上运动打开；反之，沿滑轨向下运动到关闭并锁紧。舱门关闭后，舱门内部下方为货舱地板13，舱门外表面与飞机外表面12平齐。参看图13，舱门在打开/关闭过程在前滑轨1或后滑轨5中的运动曲线为运动轨迹21。参看图9，货舱门助力机构由货舱门前侧助力机构19和货舱门后侧助力机构20组成，它们分别安装在货舱门前后两侧框隔板上；货舱门前侧助力机构19和货舱门后侧助力机构20功能相同，原理相同，共同作用在货舱门上，为货舱门的打开/关闭提供助力和阻尼。
本实施例中，所述的卷轴选用美国AMETEK Hunter Spring公司的产品Reel，在本行业中，其中文名称为卷轴。
所述卷轴的输出力值范围为120～180N，行程不小于货舱门的运动轨迹长度。在选择卷轴的输出力值时，根据门的重量、重心以及2个连接支座10上钢索连接点与货舱门框的间距确定。为达到货舱门打开力不超过150N的设计目标，2个卷轴通过钢索作用在舱门上在舱门轨迹切线方向的分力之和与舱门重力在舱门轨迹切线方向的分力与舱门运动过程中摩擦力之和的差值应小于150N，根据公式（1）确定。
为使舱门在运动过程中平稳，舱门两侧钢索拉力对于舱门中心所产生的力矩相等，根据公式（2）确定。
在舱门运动过程中选取几个特征点，依据公式（1）、公式（2）进行计算，得出卷轴拉力的输出特性。
F1·sinα+F2·sinα-G·cosβ-F摩擦=F手<150N （1）
F1·sinα·a=F2·sinα·b （2）
在公式（1）和公式（2）中:
F1:飞机货舱前段的框隔板上的卷轴输出力，见图11。
F2:飞机货舱后段的框隔板上的卷轴输出力，见图11。
G：舱门重力，见图11。
F摩擦:舱门在滑轨中摩擦力，见图12。
F手:打开/关闭舱门的手动操作力，见图12。
α:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与钢索夹角，见图12。
β:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与水平线夹角，见图12。
a:F1与G的水平距离，见图11。
b:F2与G的水平距离，见图11。
所述限位滚轮11包括限位销14、滚轮15、支座16。支座16为块状，其几何中心有转轴，该转轴的轴线垂直于支座16的表面。在该转轴的两侧有连接孔。滚轮15的圆周表面有用于安放钢索的凹槽。滚轮15通过轴承安装在支座16的轴承上。在滚轮15两个端面的转轴上分别有一个支撑板，该支撑板的顶端安装有限位销14。
所述的导向滚柱8包括滚套17和支座18。支座18为块状，其几何中心有转轴， 该转轴的轴线垂直于支座18的表面。在该转轴的两侧有连接孔。滚套17通过轴承安装在支座18的转轴上。
连接支座10为开放的盒体，为减重，连接支座10包括底板和1个侧板、1个端板。所述底板为梯形，在该底板上有贯通的连接孔，通过该连接孔，将连接支座与货舱门连接。所述的1个侧板位于底板上表面一侧的侧边处，所述的1个端板底板上表面大端的端面处；所述的侧板和端板均与底板的上表面垂直，并且所述的侧板与端板相互垂直，通过侧板为受力的端板提供了支撑。在端板的外表面有凸台，该凸台的中心有贯通孔，该孔为钢索连接螺栓的安装孔。钢索一端的连接孔套装在连接螺栓上，从而实现钢索与连接支座的连接。
如图13所示，本实施例中，在舱门运动轨迹21上共选择了5个特征点。这5个特征点分别是P1、P2、P3、P4、P5，其中P1、P2分别为运动轨迹21的两个端点，P2、P3、P4为运动轨迹上的等分点。其中：P1：特征点1，P2:特征点2，P3:特征点3，P4:特征点4，P5:特征点5。
通过公式（1）、公式（2）得到各特征点的位置如下：
表1各特征点已知参数，即不可调整参数
| 特征点 | G（N） | a（mm） | b（mm） |
| P1 | 322 | 641 | 647 |
| P2 | 322 | 641 | 647 |
| P3 | 322 | 641 | 647 |
| P4 | 322 | 641 | 647 |
| P5 | 322 | 641 | 647 |
表2各特征点受力角度值
| 特征点 | α | β |
| P1 | 77.3 | 54.6 |
| P2 | 75.5 | 43.5 |
| P3 | 75. | 31.8 |
| P4 | 77.4 | 16.3 |
| P5 | 73.3 | 1.9 |
[0074] α角度值，根据卷轴、限位滚轮和导向滚柱的安装位置确定，其正弦值为卷轴在货舱门上的有效拉力。由表1可以看出5个特征点的角度在75左右，即有效拉力在96%左右，可以看出卷轴、限位滚轮和导向滚柱的安装位置设计合理。
表3.1卷轴最大输出力为130N时，卷轴的输出力选取与计算结果
| 特征点 | F1（N） | F2（N） | F摩擦（N） | F手（N） |
| P1 | 21.8 | 20.5 | 19.6 | 69 |
| P2 | 39.3 | 38 | 19.4 | 74.6 |
| P3 | 72.7 | 69.8 | 18.5 | 112 |
| P4 | 103 | 101.5 | 18.4 | 133.5 |
| P5 | 130 | 128 | 18 | 158 |
表3.2卷轴最大输出力为145N时，卷轴的输出力选取与计算结果
| 特征点 | F1（N） | F2（N） | F摩擦（N） | F手（N） |
| P1 | 35 | 34.2 | 30.5 | 38 |
| P2 | 52.3 | 60.2 | 28 | 44.6 |
| P3 | 86.7 | 84.4 | 26.6 | 79 |
| P4 | 118 | 115 | 25.8 | 98 |
| P5 | 145 | 142 | 25 | 119 |
表3.3卷轴最大输出力为160N时，卷轴的输出力选取与计算结果
| 特征点 | F1（N） | F2（N） | F摩擦（N） | F手（N） |
| P1 | 52 | 50.2 | 40 | -8 |
| P2 | 66.3 | 64.2 | 38.2 | 25.6 |
| P3 | 104.7 | 101.4 | 35.5 | 59.4 |
| P4 | 134 | 131.5 | 30 | 78 |
| P5 | 160 | 157 | 28.3 | 115 |
依据表3.1、表3.2与表3.3的计算结果，当卷轴最大输出力为145N时，操作力F手较小，且整个操作过程变化量小。故，本实例选取卷轴最大输出力不小于145N。实际生产过程中，所选取卷轴的最大输出力应稍微偏大，并在安装时通过钢索的缠绕量调节的计算所得结果状态。
在本实施例中，助力机构的助力效果明显。加装助力机构以货舱门打开/关闭手动操作力在320N以上，一个人操作非常吃力。安装助力机构后，货舱门打开/关闭手动操作力在120N以下，一个人操作很轻松。有效降低了飞机地勤人员的工作强度。
Claims (6)
1.一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，包括2个卷轴安装支座、2个卷轴、6个导向滚柱、2根钢索、2个连接支座和2个限位滚轮；所述2个卷轴安装支座分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，并分别位于货舱门框的两侧；所述2个卷轴安装支座与货舱门框的间距均为50～200mm；2个卷轴分别固定在2个卷轴安装支座上；2个连接支座固定在飞机货舱门板下部的1/3～1/4处，并分别位于货舱门板的两侧边处；2个限位滚轮分别位于飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上；6个导向滚柱均分为两组；两组导向滚柱分别固定在飞机货舱前段的框隔板上和后段的框隔板上，用于改变钢索的受力方向；所述的第一组导向滚柱安装在货舱门前滑轨的一侧，所述的第二组导向滚柱安装在货舱门后滑轨的一侧；
所述卷轴的输出力值范围为120～180N，行程不小于货舱门的运动距离；2个卷轴通过钢索作用在舱门上在舱门轨迹切线方向的分力之和与舱门重力在舱门轨迹切线方向的分力与舱门运动过程中摩擦力之和的差值小于150N；
通过公式（1）得到卷轴的输出力值；
F1·sinα+F2·sinα-G·cosβ-F摩擦=F手<150N （1）
通过公式（2）确定舱门两侧钢索拉力相对于舱门中心所产生的力矩；
F1·sinα·a=F2·sinα·b （2）
通过公式（1）和公式（2）取得卷轴拉力的输出特性，并确定舱门运动过程中各特征点的位置；
在公式（1）和公式（2）中:
F1:飞机货舱前段的框隔板上的卷轴输出力；F2:飞机货舱后段的框隔板上的卷轴输出力；G：舱门重力；F摩擦:舱门在滑轨中摩擦力；F手:打开/关闭舱门的手动操作力；α:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与钢索夹角；β:舱门滚轮在滑轨中所处点的法线与水平线夹角；a:F1与G的水平距离；b:F2与G的水平距离。
2.如权利要求1所述一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，所述2个限位滚轮分别安装在2个卷轴与各轨道之间，靠近各轨道。
3.如权利要求1所述一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，所述两组导向滚柱中的第一个导向滚柱均固定在限位滚轮的下方，并位于从限位滚轮到连接支座距离的1/5处；第二个导向滚柱固定在从限位滚轮到连接支座距离的1/2处；第三个导向滚柱固定在第二个导向滚柱与连接支座之间的中间位置。
4.如权利要求1所述一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，所述2个限位滚轮包括限位销、滚轮、支座；支座的几何中心有转轴，该转轴的轴线垂直于支座的表面；滚轮的圆周表面有用于安放钢索的凹槽；滚轮通过轴承安装在支座的轴承上；一对支撑板固定在转轴上，并使滚轮位于所述一对支撑板之间；该支撑板的顶端安装有限位销。
5.如权利要求1所述一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，所述的导向滚柱包括滚套、支座；支座的几何中心有转轴，该转轴的轴线垂直于支座的表面；滚套通过轴承安装在支座的转轴上。
6.如权利要求1所述一种飞机货舱门的助力机构，其特征在于，所述连接支座为盒体；所述底板上有贯通的连接孔；在所述盒体端板的外表面有凸台，该凸台的中心有钢索连接螺栓的安装孔。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130424 |