民航座椅偏心前地脚对飞机导轨的应力影响研究

摘要：对于民机座椅椅腿锁紧装置，因锁紧装置与座椅椅腿不同心，当座椅椅腿锁固定在飞机导轨上时，在拧紧力矩作用下的过程中，有可能会在导轨上、下表面产生交变的预应力，造成导轨产生应力腐蚀裂纹，损害飞机导轨，使飞机存在重大的安全隐患。根据波音飞机对导轨的预应力作用下的载荷要求，对某座椅的椅腿锁预紧载荷进行研究，获取不同固定力矩作用下椅腿锁对导轨的交变载荷数据，为民机座椅椅腿锁装置设计和固定力矩设定提供依据。

关键词：民机座椅椅腿锁交变载荷应力腐蚀

ResearchontheStressInfluenceofEccentricFrontAnchorofCivilAviationSeatsonAircraftGuideways

LILeizi

HubeiAerospaceJiataiAircraftEquipmentCo.，Ltd.，Xiangyang，HubeiProvince，441003China

Abstract：Forthelockingdeviceofaircraftseatleg，duetothedifferentcenterbetweenlockingdeviceandtheseatleg，whentheseatleglockswerefixedontheaircraftguidway，itmaycausealternatingprestressingontheupperandlowersurfacesoftheguidewayunderspecifictighteningtorque，whichmaycausestresscorrosioncracksinguidewayanddamagethe ;aircraftguidway，posingmajorsafetyriskstotheaircraft.Inthispaper，accordingtotheloadrequirementsofBoeingaircraftundertheprestressoftheguideway，BasedontheloadrequirementsofBoeingaircraftundertheprestressoftheguideway，astudywasconductedonthepretighteningloadoftheseatleglockofacertainseattoobtainthealternatingloaddataoftheseatleglockontheguidewayunderdifferentfixedtorque，providingabasisforthedesignoftheseatleglockdeviceandthesettingoffixedtorqueforcivilaircraftseats.

KeyWords：Aircraftseat;Seatleglock;Alternatingload;Stresscorrosion

随着科技进步和技术发展，人们对乘坐飞机出行的需求越来越高。根据空客公司发布的研究报告显示，中国拥有亚太地区最为庞大的飞机市场，未来20年的潜在市场价值超过5.8万亿元，民机座椅市场的价值超过1000亿元。目前，国外制造商制造的民机座椅占据了中国民机80%以上的市场。随着国产大飞机C919的上天，我国已成为世界民航大国，国产“双干双支”民机梯队即将形成。国家“十四五”规划中提出了“加快构建以国内大循环为主，国内国际双循环相互促进的新发展格局”，再加上国际政治环境的变化，使开展民机座椅的国产化开发成为当前迫切的需求。在民机座椅研发过程中，座椅与飞机的结构是设计的重点和难点，既要保证座椅与飞机的有效连接以供乘客使用，同时也要避免长时间使用后座椅系统对飞机导轨产生损坏，引发适航安全问题。本文主要以装在波音B737飞机上的国产民机座椅为研究对象，对民机座椅与飞机导轨连接的椅腿锁设计技术进行研究，重点解决椅腿锁对飞机导轨的应力腐蚀问题。

1飞机座椅椅腿锁结构特点

民机旅客座椅通过座椅椅腿上的前地脚螺柱和后椅腿锁与飞机导轨连接，通过施加力矩紧固，从而使座椅固定供旅客乘坐[1]。根据地脚螺柱中心线与压块中心线是否同心，旅客座椅前地脚可分为同心前地脚和偏心前地脚，具体如图1所示。

同心前地脚和偏心前地脚在设计上各有优缺点。同心前地脚使用时，不会在导轨上产生交变应力，不会损伤导轨，但是，该设计不便于座椅的快速安装与拆卸[2]，需要在飞机上为座椅配备专用工具；偏心前地脚能够实现座椅的快速安装与拆卸，不需要专用拆卸工具，使用方便，但是，这种偏心设计因为飞机导轨有两个接触点，在使用一定力矩固定后，在导轨表面产生预紧力，若预紧力超出一定量级，在长期使用过程中会在导轨上下表面产生交变应力，造成导轨产生应力腐蚀裂纹，损害飞机导轨，存在重大的安全隐患。如图2和图3所示。

对于偏心前地脚设计，波音装机规范D36238中明确要求，对于安装于飞机上的民机座椅偏心前地脚设计，需保证地脚螺柱在其安装力矩作用下对导轨的预应力R1不超过规定值（对于波音737飞机预应力不错过550磅，即2447.5N），如表1所示。

2座椅前地脚预紧力理论转化

针对某型安装在波音737飞机上的经济舱旅客座椅前地脚开展理论分析，获取座椅前地脚在安装力矩下对导轨的应力情况[3]。该座椅前地脚采用偏心设计，其安装力矩为（5.1±1.1）N·m。

针对该款座椅偏心前地脚设计，通过经典理论公式，计算其对导轨的应力，验证预紧力水平是否超过飞机导轨要求要求。因为该应力是座椅地脚螺柱与导轨内表面接触处的应力，不易测量，所以需要通过间接的方法计算。根据椅腿与前地脚的装配关系，推导该应力的计算公式，椅腿与前地脚的装配关系如图4所示。

在座椅设计中，只要保证F不大于2325.2N，即可保证R1小于550磅。

3压块对导轨力的理论计算

计算压块对导轨的力F时，因为前地脚处的机械机构是螺纹拧紧，所以，根据机械设计手册中螺纹预紧力的计算公式计算，计算压块对导轨的压力F[4]。

为为压块表面与螺柱端面之间摩擦系数。根据螺纹预紧力的计算公式，本文分别对民机座椅前地脚使用英制粗牙螺纹3/8-16UNC、英制细牙螺纹牙3/8-24UNF、公制粗牙螺纹M10×1.5、公制细牙螺纹M10×1，且力矩范围为4N·m、4.5N·m、4.1N·m、5.5N·m、6N·m、6.2N·m时，压块对飞机导轨的压力理论计算数据如表2所示。

4试验验证

4.1试验工装

针对某型实际安装波音飞机的民机座椅，设计专用工装，开展前地脚压块压紧力测量，获取压块对导轨的压力F。该测试工装包括力传感器、固定支架组成，工装如图5所示。

4.2试验程序

1. 固定传感器，调节螺栓，将椅腿锁装置安装到固定支架上[5]。（2）将固定支架固定到地面。（3）调节椅腿锁装置上的紧固螺栓，使椅腿锁压块完全接触传感器上端面。（4）进行传感器清零。（5）拍照并记录试验前载荷数据。（6）使用扭矩扳手对椅腿锁机构施加力矩，分别为4.0N·m、4.5N·m、5.1N·m、5.5N·m、6.2N·m。（7）记录施加力矩传感器测试载荷。（8）每个试验工况重复3次。

4.3试验测试

分别选取民机座椅3组前地脚组件的试验件对其测量螺纹预紧力[6]，该组件设计使用的为英制细牙螺纹。2017年8月，在中国航空救生研究所静力试验室分别对3组前地脚进行了测量，分别侧取了4.0N·m、4.5N·m、5.1N·m、5.5N·m、6.2N·m力矩作用下前地脚的压紧力，多次测量每组试验件，记录平均值，结果如表3和图6所示。

5结语

通过对波音飞机导轨研究发现，民机座椅导轨在特定情况下会对飞机导轨产生损坏，存在适航安全风险，在座椅椅腿锁设计时，需要通过计算和测试的方法确定椅腿设计中的螺纹类型选择，锁定力矩设定。常见螺纹中，当预紧力矩不大于6.5N·m时，座椅前地脚对飞机导轨的应力腐蚀问题可以得到有效改善。

本文只针对波音B737飞机导轨进行了研究。针对国产大飞机座椅导轨，因为材料和结构的不同，未来仍需要做进一步的分析研究，以确保国产民机座椅对国产大飞机导轨不会产生应力腐蚀问题。

参考文献

[1]强楠.交变载荷作用下特殊螺纹接头能量耗散与密封性能研究[D].西安：西安石油大学，2022.

[2]刘义.典型客机机身段坠撞特性影响因素研究[D].天津：中国民航大学，2022.

[3]牟浩蕾，高飞，王子龙，等.民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究[J].振动与冲击，2024，43（1）：297-307.

[4]林岚辉.民机典型机身段坠撞下乘员响应及伤害分析[D].天津：中国民航大学，2021.

[5]陈志敏，王小敏.法兰预紧力及拧紧力矩的计算方法探讨[J].石油化工设备技术，2023，44（2）：1-6，75.

[6]高飞，杨立国，赵相禹.新型模块化质量特性测试工装设计与应用[J].机械设计，2024，41（3）：122-129.