座椅导轨连接静强度分析及验证

座椅导轨连接静强度分析及验证

陈翠红

（中航通飞华南飞机工业有限公司，珠海519040）

摘要：介绍了某型飞机驾驶员座椅和双联座椅导轨连接静强度的计算方法。将载荷作用到不同结构的座椅导轨上，进行有限元分析。针对通舱双联座椅导轨的连接方式进行不同的模型简化，分别进行有限元仿真，为飞机座椅导轨连接静强度试验验证提供了思路和方法。

关键词：导轨连接；有限元；试验验证

1  引言

航空座椅设计需要考虑适航的要求，同时需要评估地板的承受能力，因此首先分析地板的极限受载能力，作为考察座椅导轨与座椅的连接性能依据，根据以往研究发现，航空座椅破坏主要集中座椅导轨处而不是连接件。

在全机模型中，影响乘员过载的因素很多，不仅仅只是座椅乘员约束系统，而且还包括其它航空结构件，如客舱立柱，货舱地板组件等，这些结构的设计是否合理、是否满足强度和刚度设计标准直接关系到飞机经济性和乘客安全性，因而开展相关结构的优化设计工作显得非常必要。座椅导轨作为飞机座椅的重要支撑结构，在座椅安装系统中起着十分重要的作用。座椅导轨关系到对飞机驾驶员、机械师和乘员的保护，大型飞机要求必需符合CCAR-25-R4第25.561条、第25.562条和第25.785条相关条款的规定，本文采用有限元分析，为座椅安全及连接的设计提供方法，对25.561条的座椅及连接提供验证思路。

2  座椅导轨结构简介

以某型飞机座椅导轨为例，座椅主要由主结构组件、靠背组件、靠背调节机构、扶手、座垫、靠垫、护罩组件、安全带和防水座椅罩等组成，具有靠背角度调节、扶手上折功能。座椅布置在地板结构上，驾驶员导轨、双联座椅导轨各2根，导轨上缘条与座椅椅腿锁结构相连，下缘条由紧固件连接到地板支撑梁。支撑梁两侧、中间的蜂窝地板提供乘员行走。由于驾驶舱还布置操纵系统，座椅周围地板结构会有大开口；通舱在外侧导轨靠近机身地板采用金属地板。

驾驶员导轨示意图如图1所示，双联座椅导轨如图2所示。

图1驾驶员导轨结构示意图

图2  双联座椅导轨结构示意图

3  座椅导轨有限元模型概述

座椅导轨按下述原则简化：

a)为便于将座椅的惯性载荷加载到地板结构上，将座椅载荷在重心位置进行节点等效分配，加载到导轨单元节点上；

b)座椅导轨用六面体体元模拟（Solid），驾驶员导轨腹板与缘条相交处局部细化；

c)紧固件连接位置采用X、Y、Z方向平动约束。

航空座椅结构设计必须能够在可生存撞击着陆的过程中保证乘客避免受到严重伤害，因此当乘员经受到以下载荷时，座椅结构不能出现妨碍乘客逃离的变形，极限静力载荷大小和方向如下所示。

(1)向上，3.0；

(2)向前，9.0；

(3)侧向，对于机身而言 3.0； 对于座椅及其它连接件而言 4.0；

(4)向下，6.0；

(5)向后，1.5。

一般飞机座椅结构包括肩带、安全带以及坐垫，靠背等泡沫材料，尽管安全带的属性和布置方式直接影响着载荷的分配，另外每位乘客的坐姿不尽相同，这些复杂因素都会导致载荷分配不均匀，为了减少座椅结构强度试验和分析计算的难度，因此简化工程计算的载荷分配方案。根据前人的试验研FAR/CCAR-25.561 中规定的向前过载是航空座椅的严重工况之一，

因此，本节以前向过载 9G 作为分析对象为例， 极限载荷总极限载荷=乘员重量×极限载荷系数=750N×9.0=6750N 。乘员的重量按照标注重量 750N(77kg)设计，极限过载按前向过载工况的 9G 选取。为了简化计算模型，方便工程应用，将乘员载荷直接施加在重心处。

模型工况及载荷：根据25.561条要求，本文选取向前工况下的载荷，即在重心X向，方向为飞机航向。

依据上述原则所建立的有限元模型见下图所示。

图3  驾驶员导轨有限元模型

图4  双联座椅导轨有限元模型

4  座椅导轨有限元分析

根据简化后的模型，分别计算驾驶员导轨、机械师导轨的应力见下图。

图3  驾驶员导轨应力云图

图4  双联座椅导轨应力云图

5  验证方案

根据有限元分析结果，规划出不同的试验验证方案，见下图。

图5  座椅导轨连接试验方案

将座椅试验件的滑块固定在支持夹具上，支持夹具固定在承力地坪上。座椅连接静力试验在航向设置一个加载点，选用合适的作动筒在体模上施加载荷。体模用安全带固定在座椅上，载荷通过体模传递到座椅连接结构上。

6  结论

通过以上分析对比可得以下结论：

a)应急着陆时，向前过载最大，有限元分析出座椅导轨最大应力在导轨下缘条；

b)座椅导轨与地板支撑结构相连接，简化模型不同分析结果也有差异；

c)根据仿真结果，可以规划出试验验证方案。

d)对双联座椅导轨的简化偏保守，实际导轨上缘条与蜂窝地板或金属地板相连接，也可以考虑。因而规划的试验验证方案也会复杂。

综上所述，针对座椅导轨与地板支撑结构的连接不同，进行有限元分析，提出不同的验证思路。本文中介绍的内容与方法能够为座椅导轨连接的试验验证提供参考。

7  参考文献

[1]CCAR-25-R4  中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准.

[2]龙凯，等.Patran2010与Nastran2010有限元分析从入门到精通.北京:机械工业出版社，2011.