浅谈民用飞机舱门密封结构的气密可靠性

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。