楊五一 / YANG Wuyi(上海飛機設(shè)計研究院，上海201210)(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

淺談民用飛機客艙頂部行李箱的設(shè)計

楊五一 / YANG Wuyi
(上海飛機設(shè)計研究院，上海201210)
(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

首先從飛機總體設(shè)計要求出發(fā)，介紹了民用飛機客艙頂部行李箱的設(shè)計要求、設(shè)計原則和設(shè)計內(nèi)容，并結(jié)合成熟機型的典型設(shè)計和筆者多年的從業(yè)經(jīng)驗，重點討論了在設(shè)計過程中需要注意的問題和解決方法。最后，通過梳理頂部行李箱適用的適航條款要求，有針對性地提出適航驗證依據(jù)和方法。為民用飛機客艙頂部行李箱的設(shè)計提供了重要思路和參考價值。

民用飛機；客艙；頂部行李箱

0 引言

雖然我國在民用飛機領(lǐng)域起步較早，從早期的運7飛機到現(xiàn)在已交付運營的ARJ21支線飛機，也積累了一定的經(jīng)驗，但主要體現(xiàn)在飛機的總體集成和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面。在客艙設(shè)備和裝飾設(shè)計領(lǐng)域，尤其是行李箱設(shè)計方面，仍存在知識結(jié)構(gòu)分散、經(jīng)驗匱乏的現(xiàn)實情況。因此，梳理和總結(jié)現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)，借鑒市場成熟機型的經(jīng)驗，探討在設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題和解決方法，并結(jié)合適航條款歸納行李箱的適航要求和驗證方法，成為民用飛機客艙設(shè)計領(lǐng)域很有意義的工作。

1 行李箱概述

行李箱的主要功能是用于存放旅客隨身攜帶的物品。此外，根據(jù)客艙總體布置的需要，為部分應(yīng)急設(shè)備提供放置空間。行李箱位于飛機的主客艙，布置在旅客座椅上部、客艙過道兩側(cè)。對于雙通道飛機來說，還布置有有中間行李箱。

2 飛機總體設(shè)計要求

一般來說，飛機頂層總體技術(shù)類文件如總體設(shè)計要求、客艙剖面圖、客艙布置圖等往往會對客艙提出一些諸如客艙內(nèi)形線、行李箱容積和重量分配等指標(biāo)要求。

行李箱在設(shè)計時應(yīng)考慮以下總體設(shè)計要求：

1)行李箱的設(shè)計應(yīng)滿足客艙剖面圖中定義的客艙入座高度、過道上部左右側(cè)的行李箱門門間距(箱門關(guān)閉狀態(tài))等要求；

2)行李箱的設(shè)計必須將重量嚴(yán)格控制在飛機總體分配指標(biāo)內(nèi)；

3)行李箱的設(shè)計應(yīng)滿足飛機總體技術(shù)文件中關(guān)于每客容積的要求。

3 行李箱的設(shè)計原則

行李箱的設(shè)計在滿足適航要求和飛機總體設(shè)計要求前提下，應(yīng)遵循以下設(shè)計原則：

3.1 安全性

1)行李箱門打開后不能影響客艙應(yīng)急撤離通道；

2)根據(jù)CCAR25.1561的要求，應(yīng)在行李箱上設(shè)置提示標(biāo)記以確保飛機在起飛、滑行和著陸時行李箱門處于關(guān)閉和鎖好狀態(tài)。

3.2 舒適性

1)行李箱應(yīng)確保箱門使用時方便開啟和關(guān)閉，并且門在運動的過程中能夠保持平緩和順暢，以免對乘客造成傷害；

2)行李箱的設(shè)計應(yīng)滿足客艙整體工業(yè)設(shè)計風(fēng)格。無論是外觀造型上，還是材質(zhì)、紋理和色彩的選用(表面貼膜或噴漆)上，應(yīng)與客艙內(nèi)其它設(shè)備和裝飾協(xié)調(diào)一致；

3)設(shè)計時應(yīng)充分考慮人機功效的要求，行李箱門的開啟方式和開啟力度、門把手的高度等都會影響乘客使用的舒適性。

3.3 維護(hù)性

1)行李箱的設(shè)計應(yīng)使其在飛機結(jié)構(gòu)上便于安裝和拆卸，并盡量減少或避免對周邊設(shè)備的影響；

2)如果行李箱不可避免地對安裝在其后不可見的其他機載設(shè)備(電源盒、環(huán)控管路搭接處、客艙線纜等)造成安裝和維護(hù)影響，設(shè)計時應(yīng)考慮在行李箱合適的位置上設(shè)置拆裝和維護(hù)口蓋；

3)行李箱的設(shè)計應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)化、互換性的要求。

4 行李箱的設(shè)計內(nèi)容

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

行李箱的結(jié)構(gòu)形式一般為封閉的箱體結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由箱體和箱門組成，箱體和箱門之間通過鉸鏈機構(gòu)連接。圖1為行李箱的典型結(jié)構(gòu)形式。

行李箱結(jié)構(gòu)設(shè)計注意以下幾個方面：

1)行李箱的長度可根據(jù)客艙布置的需要進(jìn)行設(shè)計。考慮到維護(hù)性因素，并且為了滿足客艙布置快速更改的需要，行李箱長度一般為飛機框距的整數(shù)倍。

2)為了減少安裝構(gòu)型和節(jié)約研制成本，每個行李箱的長度應(yīng)盡量保持一致。

3)當(dāng)單個行李箱較長時，可設(shè)置兩個箱門，并且根據(jù)需要在箱體內(nèi)設(shè)置隔板，以免過多行李之間互相碰撞。

4)在裝有應(yīng)急設(shè)備的行李箱內(nèi)，應(yīng)按需根據(jù)要求增加隔板，以免其它行李和物品在碰撞中損壞應(yīng)急設(shè)備。

4.2 連接設(shè)計

考慮到行李箱的受載情況，一般應(yīng)至少通過飛機航向、側(cè)向和垂向三個方向?qū)⑿欣钕渑c飛機結(jié)構(gòu)連接，分別承受航向、側(cè)向和垂向的載荷。圖2所示為行李箱的典型連接設(shè)計。

行李箱連接設(shè)計應(yīng)注意以下幾個方面：

1)應(yīng)能確保行李箱載荷能夠合理、有效地傳遞到飛機結(jié)構(gòu)上；

2)應(yīng)考慮維護(hù)性要求，連接形式簡單可靠，便于拆裝；

3)考慮減震降噪需求，比如可以在接頭與接頭之間、接頭與行李箱箱體之間設(shè)置具有減震功能的襯套；

4)連接設(shè)計應(yīng)考慮安裝設(shè)計補償，此種補償措施能使行李箱在安裝后可以微調(diào)以消除在安裝過程中的偏差，接頭連接孔通常設(shè)計成一字孔；

4.3 附件設(shè)計

行李箱的附件主要有門鎖、箱門開啟裝置、扶手和裝飾條等。扶手和裝飾條較為簡單，這里主要介紹一下門鎖和箱門開啟裝置的設(shè)計。

門鎖：門鎖安裝在行李箱門上，一般由門把手、扭簧和鎖勾組成，通過轉(zhuǎn)動門把手將鎖舌從鎖閂(安裝在行李箱箱體上)中脫離以打開行李箱門。門鎖設(shè)計需注意的問題：

1)門把手的設(shè)計應(yīng)能保證機組和乘客無需較大力氣便可打開；

2)應(yīng)在可見范圍內(nèi)提供警示標(biāo)示，以使機組和乘客能方便地確認(rèn)箱門的鎖緊狀態(tài)。

箱門開啟裝置：該裝置主要為一個鉸鏈形式，主要用于箱門在開啟和關(guān)閉過程中的運動和開啟狀態(tài)的保持，同時起到連接箱體主結(jié)構(gòu)和箱門的作用。圖3為常見的箱門開啟裝置。

行李箱附件設(shè)計應(yīng)注意的事項：

1)為了提高安全性和可靠性，門鎖一般應(yīng)設(shè)計為雙鎖的形式。

2)門鎖盡可能進(jìn)行防差錯設(shè)計，以便機組或乘客能了解到門鎖的鎖緊狀態(tài)。

3)根據(jù)25.785(j)的要求，可按需在行李箱上靠近過道一側(cè)設(shè)置扶手以保證飛機在顛簸時過道上機組人員和乘客能夠穩(wěn)住身體。扶手的高度應(yīng)合適，安裝牢靠，且易于抓握。

4)前后兩個行李箱之間、行李箱與前后其它設(shè)備之間的縫隙應(yīng)設(shè)計裝飾條以遮住縫隙。裝飾條的安裝應(yīng)該簡單可靠，色彩和外觀應(yīng)與行李箱和客艙環(huán)境相協(xié)調(diào)。

5)除行李箱門外，對于暴露在客艙中、且易對機組和乘客產(chǎn)生造成潛在傷害的箱體表面，應(yīng)進(jìn)行軟包覆。

4.4 接口設(shè)計

根據(jù)客艙布置的實際情況，如果行李箱與客艙內(nèi)其它系統(tǒng)有安裝關(guān)系，則需要在行李箱上為這些系統(tǒng)提供安裝接口，這些系統(tǒng)通常包括旅客服務(wù)裝置、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、分艙板和分艙門簾、娛樂系統(tǒng)、應(yīng)急設(shè)備和座椅標(biāo)牌等。

接口形式通常包括系統(tǒng)安裝導(dǎo)軌、安裝支架和操作空間等。接口的設(shè)計應(yīng)充分考慮其它系統(tǒng)的安裝要求，比如旅客服務(wù)裝置、分艙板的航向位置調(diào)整需求。

4.5 材料選用

和客艙內(nèi)飾其它設(shè)備和裝飾基本相同，行李箱的設(shè)計在選材上主要考慮到以下兩條原則：

1)應(yīng)滿足CCAR 25.853及附錄F有關(guān)阻燃、熱釋放和煙密度要求；

2)應(yīng)滿足HB5470-2014所規(guī)定的毒性要求；

此外，材料選用時還應(yīng)考慮易清潔、耐磨和加工工藝燈因素。

目前，市場主流飛機客艙行李箱的主結(jié)構(gòu)一般使用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，典型的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主要由蜂窩芯層(鋁蜂窩、芳綸布蜂窩等)和兩側(cè)的預(yù)浸料(玻璃纖維、碳纖維等)組成，其中受力層可根據(jù)需要鋪設(shè)2層或多層。作為客艙裝飾的一部分，通常需要在表面覆貼裝飾膜或噴涂裝飾漆層以滿足客艙外觀效果的需要。

門鎖和箱門開啟機構(gòu)一般可可選用金屬材料。

5 適航要求和驗證方法

5.1 適航要求

行李箱涉及的適航要求主要包括兩個方面，即材料阻燃和結(jié)構(gòu)強度要求，具體條款和主要內(nèi)容如下：

1)CCAR25.853條款及附錄F中規(guī)定的阻燃、熱釋放和煙密度要求及試驗方法和程序；

2)HB5470-2014中規(guī)定的毒性要求及試驗程序；

3)CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等條款中規(guī)定的載荷和固定要求。

5.2 驗證方法

針對以上的適航要求，行李箱應(yīng)主要通過以下三種方法進(jìn)行驗證以表明對條款的符合性。

5.2.1 阻燃、熱釋放、煙密度和毒性試驗

1)根據(jù)CCAR25.853(a)規(guī)定的阻燃要求及附錄F第I部分規(guī)定的試驗件、試驗設(shè)備、試驗程序進(jìn)行阻燃試驗以表明行李箱所使用的材料滿足阻燃要求，試驗準(zhǔn)則見表1。

表1 阻燃試驗準(zhǔn)則

2)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的熱釋放要求及附錄F第IV部分規(guī)定的試驗件、試驗設(shè)備、試驗程序進(jìn)行熱釋放試驗以表明行李箱所使用的材料滿足熱釋放要求，試驗準(zhǔn)則見表2。

3)根據(jù)CCAR25.853(d)規(guī)定的煙密度要求及附錄F第V部分規(guī)定試驗方法進(jìn)行煙密度試驗以表明行李箱所使用的材料滿足煙密度要求，見表2。

表2 熱釋放和煙密度試驗準(zhǔn)則

4)根據(jù)HB5470-2014中規(guī)定的毒性要求及試驗程序進(jìn)行毒性試驗以表明材料滿足毒性要求。毒性試驗準(zhǔn)則見表3。

表3 材料燃燒產(chǎn)生毒性氣體含量平均值參考指標(biāo)

5.2.2 強度校核及靜力試驗

對于涉及CCAR25中強度方面的條款，如CCAR25.305、CCAR25.561、CCAR25.787等，應(yīng)采用強度校核、靜力試驗或兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行驗證。強度校核和靜力試驗的主要對象有：

1)行李箱本體結(jié)構(gòu)；

2)行李箱與飛機結(jié)構(gòu)連接的接頭；

3)接頭與飛機結(jié)構(gòu)連接所使用的緊固件；

此外，與行李箱連接的飛機局部結(jié)構(gòu)也應(yīng)進(jìn)行強度校核和機上靜力試驗以確保行李箱的設(shè)計不會對飛機結(jié)構(gòu)造成潛在的風(fēng)險。強度校核和靜力試驗的輸入主要包括材料和緊固件的力學(xué)性能、行李箱空載和滿載時的質(zhì)量、濫用載荷情況、飛機載荷包線和CCAR25.561規(guī)定的應(yīng)急著陸載荷等。在進(jìn)行強度校核和靜力試驗時，可取其在客艙中最嚴(yán)酷的工況進(jìn)行驗證，無需對每一個行李箱單獨進(jìn)行校核和試驗。

5.2.3 壽命試驗

為了驗證行李箱的運動件(比如門鎖、箱門開啟裝置等)在飛機壽命周期內(nèi)的磨損和性能下降情況，需對這些運動件進(jìn)行壽命試驗。

壽命試驗主要通過對行李箱的箱門開啟和關(guān)閉進(jìn)行一定的循環(huán)次數(shù)并記錄門鎖、箱門開啟裝置的磨損、變形情況以判斷其是否滿足設(shè)計要求。試驗件通常安裝在夾具上進(jìn)行，試驗設(shè)備一般包括門鎖開啟和關(guān)閉裝置、計時器、測力器等。壽命試驗的總循環(huán)次數(shù)通常根據(jù)飛機的設(shè)計壽命和行李箱的使用頻率確定。此外，試驗應(yīng)分別對行李箱空載、半載和滿載的情況進(jìn)行，總循環(huán)次數(shù)為三種情況的總和。

6 結(jié)論

本文首先從飛機總體設(shè)計要求出發(fā)，介紹了民用飛機客艙頂部行李箱的設(shè)計輸入。其次，分別從行李箱結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接設(shè)計、附件設(shè)計、接口設(shè)計和材料選用等方面介紹了行李箱的設(shè)計原則和應(yīng)該注意的問題。最后，結(jié)合適航要求，介紹了行李箱在適航取證方面需要進(jìn)行的分析和試驗驗證工作。

民用飛機的設(shè)計和驗證是一項復(fù)雜和長周期的工作，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗和市場成熟機型的設(shè)計，通過本文拋磚引玉，以期為民用飛機客艙頂部行李箱的設(shè)計和驗證提供重要思路和參考。

[1] 中國民用航空總局.中國民用航空規(guī)章第25部：運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國：中國民用航空總局，2011.

[2] 中國航空綜合技術(shù)研究所. HB5470-2014，民用飛機艙內(nèi)非金屬材料燃燒性能要求[S]. 2014.

[3] 馬緒章，等.飛機設(shè)計手冊第12冊：民用飛機內(nèi)部設(shè)施[M]. 北京:航空工業(yè)出版社,1998：211-240.

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[5] 張維方. 民用飛機艙內(nèi)裝飾與設(shè)備的適墜性研究[J]. 民用飛機設(shè)計與研究，2009，1：5-9.

Design of Overhead Stowage Bin for Civil Aircraft

This article presents the requirements, principles and contents of overhead stowage bin for civil aircraft. With the designs of special aircraft in market and author’s experience, the design problems and solutions were discussed. Based on the CAAR’s requirements, the contents and ways of validation are presented. The article has main reference value to the design and validation of overhead stowage bin for civil aircraft.

civil aircraft; cabin; overhead stowage bin

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.02.024

V223+.2

A

楊五一 男,本科,工程師,主要研究方向：民用飛機內(nèi)飾設(shè)計和研究；E-mail: yangwuyi@comac.cc