舱门密封件设计

渠涛

【摘 要】密封件设计是飞机舱门设计的重要组成部分，其性能好坏关系着飞机的飞行安全，本文从密封件设计考虑因素、构型、性能验证等方面进行研究，给出设计密封件的一般考虑。

【关键词】飞机设计；舱门；密封件

【Abstract】Seal Design is one of the most important parts of aircraft sealed cabin. The property of the seal is relative to the aircraft safety. It should be considerate that the seal environment factors， shape， and test should be studied.

【Key words】Aircraft Design； Door； Seal

0 引言

现代飞机普遍采用气密舱设计，可有效防止风、灰尘、火和水的进入；防止客舱或气密舱内压力气体的泄露；提供旅客和驾驶员一个安全、舒适的环境[1]。机身气密舱设计包括结构连接之间密封设计，如使用密封胶进行的贴合面密封、填角密封等；机身开口区域的密封，如观察窗使用的橡胶垫片静态密封，舱门与机身之间的动态密封，其中舱门密封设计是气密舱设计的关键。

舱门密封件是保证飞机密封性的重要结构部件，直接影响着飞机的安全性与舒适性。密封件参数也是舱门设计的重要输入条件，直接关系着机构设计和结构布置[2]。舱门密封件设计既要保证飞机在使用的过程中能够起到很好的密封作用，又要保证关闭舱门的力不能太大。同时，舱门整体是一个活动构件，要求密封件实际使用的时候要具备足够适应装配误差的能力。

1 飞机常用密封件构型

飞机中常用的密封件形式有管状、扁平状、爪形等，表 1中为典型密封件形式及各自特点，常用密封件已经在各型号飞机上得到广泛应用。

表 1 常用密封件类型

2 密封件设计因素分析

2.1 舱门开启方式

舱门一般通过铰链与门框结构相连接，简单舱门开启、关闭是以铰链为中心作圆弧运动，靠近转轴内侧密封件最先与门框发生挤压，侧边逐步与结构挡件发生挤压，舱门外侧密封件基本以正压的形式挤压在门框上，最终舱门关闭到位。

另外一种比较常见的开启方式：曲线提升+平移式的打开方式，舱门的打开或关闭过程基本以平行于门框偏移一定距离，然后以平行四边形平移打开。密封件在平移打开阶段不发生作用，在关门最终阶段或开启最初阶段与门框挡件发生滑动干涉作用，最终密封件以一定压缩量挤压在门框挡件上，启动密封作用。

2.2 结构变形

结构变形是影响密封性能的主要原因之一，门周边为机身高应力区域，主要承受机身轴向力，机身弯矩、扭矩引起的剪切载荷，舱内增压产生的压差载荷以及舱门在压差载荷作用下传递给门框的集中载荷。因此，舱门的锁闩，止动块数量、位置应考虑结构应力分布，使舱门、门框结构应力分布、结构变形趋于均匀；其次，舱门应采用预变形设计，在不同增压载荷下登机门设计不同的变形量以保证气密性要求。

2.3 偏差补偿

飞机结构在装配过程中因公差累积，以及装配应力、超差等因素，舱门、门框都会偏离理论位置，因此要求密封件具有一定的偏差补偿能力。橡胶密封件以高弹性高分子材料为基材，在比较小的载荷作用下能产生较大的变形，管状密封件因具有优异的公差补偿能力和更好的耐久性而成为现代飞机舱门密封件的主要形式。

2.4 产品外形

考虑舱门运动过程中减少与挡件干涉，最终密封件确定为中心气泡密封件，结构外形如图1所示。

3 产品验证

为了保证舱门密封性，需对舱门密封件进行验证分析，以保证舱门密封件设计的合理、正确性。

3.1 计算分析

建立有限元分析模型，模拟密封件在实际工作状态，输入周边结构模型，密封件材料特征参数，摩擦系数等，获得其变形、应力、应变的分布。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

考核密封件应力-应变试验，泄漏率试验，耐久性试验，补偿能力试验等。保证密封件在满足一定指标值，进行全面性能考核后，为最终密封件产品提供真实可靠的使用数据。

4 结论

舱门密封设计是一个复杂工程，密封件设计作为实现舱门密封的关键因素，它是各项性能指标平衡的综合体，不能特别强调某一方面的性能，而忽略掉其他性能，否则最终的气密要求会受到特别大影响。本文对舱门密封件设计考虑因素、验证试验要求进行一般分析，为舱门密封件设计提供参考。

【参考文献】

[1]《飞机设计手册》编辑委员会编.飞机设计手册第十册[M].国防工业出版社，1983.

[2]Richard Scorzelli.改进密封系统设计合适的密封件[J].橡胶材料资料，1999，29（6）：34-37.

[责任编辑：汤静]