翻转折叠式内置登机梯的可收放性研究

许小妹，余志明，周 恒，金媛媛

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

内置登机梯是机体结构的一部分，飞行员不依靠专门的登机梯即可自行迅速登离飞机，同时还能为维修人员提供便利；内置登机梯翻转打开悬挂在机体一侧，不与舰面甲板或地面接触，登离机不受停机环境的影响；其高度自主适应性使军机特别是舰载机对内置登机梯的配置需求日益显著。内置登机梯的结构相对常规登机梯更为复杂，其中，可收放性是内置登机梯结构设计的难点。

1 内置登机梯的分类

其结构简单、稳定性好，除机体本身外没有辅助登机的扶手，登离机难度较大，如A-10攻击机、F-15、F-35“闪电Ⅱ”联合战斗攻击机，图1（a）为F-35伸缩杆式内置登机梯。翻转折叠式登机梯所占纵向空间较小，有些登机梯的梯杆还可作为攀援扶手，登离机便利性较高，但结构较为复杂，如F/A-18F“大黄蜂”新型舰载机、YK-130高级教练机，图1（b）为YK-130翻转折叠式内置登机梯。复合式内置登机梯有，米格-29KUB舰载机、SU-25攻击机等，如图1（c）、（d）所示。根据飞机本身，特别是座舱段的结构特点、可用空间大小、离地高度等确定内置登机梯的结构形式。

图1 内置登机梯

国内外军机中，内置登机梯常见的结构形式有伸缩杆式、翻转折叠式以及它们与金属蒙皮壁板块组成的复合式内置登机梯。

伸缩杆式登机梯由一根方形或圆形可伸缩杆以及杆左右两侧间隔设置的台阶组成一个简易登机梯，

2 军机内置登机梯的一般特点

2.1 内置登机梯的一般要求

军机内置登机梯的设计中，主要考虑满足以下几方面需求：

1）强度、刚度要求：内置登机梯的结构以及与机身的连接部分满足强度、刚度要求，登离机安全稳定；

2）便捷性要求：内置登机梯应结构简单，收起、放下快捷，能满足飞行员的登离机要求；

3）可收放性要求：内置登机梯结构具有可收放性功能，能收纳固定在收容舱内，不影响飞机的气动外形；

4）低成本设计要求：内置登机梯的结构要求简单，选用成熟的材料体系和工艺方法，其布置对飞机其他结构的影响最小；

5）防腐蚀设计要求：内置登机梯结构应满足飞机的防腐蚀设计要求和结构防、排水设计要求，确保登机梯收容舱内无积水。

2.2 内置登机梯的基本结构

军用飞机的总体布局相对紧凑，离地较高，机体及系统复杂，为登机梯预留的布置空间狭小。在满足登离机功能的前提下，以对机身其他结构影响最小化为原则，翻转折叠式内置登机梯Z向占用空间最小。

图2为一种翻转折叠式内置登机梯结构，由主梯和悬梯两部分构成，主梯由口盖、上下梯杆、脚踩踏板、滑轨以及锁支座等组成。口盖通过合页与机体相连，主梯上梯杆一端通过转轴与左隔框、右隔框框缘相连，下梯杆一端与口盖相连，脚踩踏板一端搭接在滑轨上，可在一定范围内作Y向移动，上、下梯杆以及脚踩踏板另一端通过转轴连接。

图2 翻转折叠式内置登机梯

3 内置登机梯的可收放性研究

3.1 内置登机梯的工作原理

图2为登机梯打开状态示意图，飞行员脚踏悬梯，同时手扶主梯辅助登机，随后脚踩口盖上的加强筋条和脚踩踏板，手扶飞机机身其他结构即可进入座舱。飞行员离机时与登机步骤相反，借助飞机机体、脚踩踏板、口盖上的加强筋和悬梯离机。飞行员借助主梯作为攀援扶手时，主梯有向机体外（Z方向）运动的趋势，通过脚踩踏板与滑轨的连接，约束其Z向运动；同时滑轨结构还约束了脚踩踏板沿转轴（X轴）的转动，从而保证了飞行员登离机的安全性和舒适性。

飞行员离机后，地勤人员首先将上、下悬梯折叠收放于口盖内表面的筋条槽内，然后手动向上抬起脚踩踏板，使其沿转轴(X轴)转动，此时主梯上、下梯杆也随之转动，如图3（a）所示；随后将口盖连同悬梯一起关闭至与机身蒙皮平齐状态，最终整个内置登机梯都收藏在收容舱内，如图3（b）所示，整个过程中主梯的运动最为关键。

图3 内置登机梯半收起及收起状态图

3.2 主梯的可收放性原理设计[4]

登机梯在机身内部允许占用的Z向空间较小，其收纳空间有限，主梯是该内置登机梯的主体结构，组成梯体的各零件结构以及它们相互之间的配合关系是实现登机梯可收放性功能的关键要素，也是难点。

通过分析，将主梯的结构运动简化为平面机构运动，如图4所示。合页、滑轨均与机身固定，为固定构件，口盖为主动件，脚踩踏板、上下梯杆为从动件；脚踩踏板与滑轨间存在1个高副运动，其余各构件之间的连接均为转动副，活动构件共4个，平面机构的自由度为：

图4 内置登机梯主梯平面机构简图

此机构的主动件数与机构自由度均为1，因此具有确定的运动轨迹。

影响内置登机梯机构运动轨迹和整体结构布局的主要是主梯上下梯杆、口盖的长度以及它们与机身的连接关系。为简化分析，将此4个构件独立分析，将它们组成一个平面四连杆运动机构，如图5所示。口盖为主动件，上、下梯杆为从动件，各构件之间的连接均为转动副。活动构件共3个，平面机构的运动自由度：

图5 口盖、梯杆平面运动简图（打开状态）

此机构具有固定的运动轨迹。

结构设计中，内置登机梯需要达到的收放性功能要求包括；打开时，上梯体、下梯体展开并位于一条直线上，如图6（a）所示；收缩及收起时，为达到所占空间最小化，使内置登机梯上、下梯杆及口盖贴合于机身蒙皮，上梯体、下梯体、口盖折叠并位于一条直线上；如图6（b）所示为内置登机梯的收放运动简图。四杆机构长度满足以下条件：

图6 口盖、梯杆运动轨迹图

根据内置登机梯的位置布置，确定与机身相连的转轴和合页之间的直线距离L；结合机身的蒙皮开口大小确定口盖的长度L以及最大开合角度α，按公式（3）、（4）可确定上、下梯杆的长度L、L；从而初步确定内置登机梯的主梯结构，实现登机梯的可收放性功能。

4 结论

1）将内置登机梯主梯结构简化为平面四连杆机构并对其作平面机构运动分析，可获得内置登机梯口盖、上下梯杆、与机身相连的转轴和合页之间的直线距离以及口盖的最大展开角度；

2）通过对内置登机梯主梯结构进行CATIA/DMU运动机构仿真分析及干涉检查，仿真结果表明，此主梯的可收放性原理设计方法正确，能满足内置登机梯可收放性使用要求。