浅谈民用飞机舱门锁闩机构方案设计
【摘要】本文首先介绍了民用飞机舱门闩机构的定义、功能、设计要求及闩机构的实现型式，然后详细介绍了某民用飞机舱门闩机构的组成、机构运动原理及满足要求的设计考量。
最后得出了5个可供民用飞机舱门闩机构设计参考的结论。
1.引言
舱门的闩机构起到保障舱门关闭安全的功能，闩机构主要包括闩操纵机构和闩。
当舱门完全处在关闭位置，并且舱门后续能够完成上闩、上锁的状态，才称为舱门关闭，闩是很重要的安全性机构部件。
闩是能够运动的机构零件，当闩处在关闭位置时能够阻止舱门打开。
闩机构要实现的功能即“上闩”，当闩完全与结构组件搭合并且通过闩操纵机构约束其位置称为上闩。
基于安全性考虑和各项适航条款，闩机构方案设计非常重要。
2.闩机构设计要求
2.1闩机构适航要求
对于闩机构必须满足的适航要求总结如下：
FAR25.783（d）定义，每个舱门必须有闩系统，防止舱门打开。
CCAR25.783（d）锁闩和锁定：
锁闩和锁定机构必须按如下设计
（1）必须有措施锁闩每一门。
锁闩及其操纵机构必须设计成，在所有的飞机飞行和地面载荷状态下，在门锁闩的状态下，没有试图解开锁闩的力或力矩。
而且，锁闩系统必须包括一种措施，保证锁闩处于锁闩的位置。
（2）每一承压的并且打开时首先作非内向运动的门必须：
a）对每一锁闩有单独的锁；b）具有尽可能靠近锁闩的锁；c）设计成在增压飞行中锁定系统单一失效不会妨碍必需锁闩将舱门锁紧；
（3）每一打开时首先作内向运动并且未锁闩可能导致危险的门必须具有锁定措施，能够防止锁闩脱离。
锁定措施必须确保充分闩上，能构防止即使发生锁闩机构的单一失效门也不会打开。
2.2闩机构设计要求
（1）闩销系统的转动部分、固定机构应考虑结构受力变形的影响；
（2）舱门闩销的设计，应保证舱内充气时，不会产生使闩销脱开的力；
（3）门闩设计得能承受3个压力因数；
（4）门闩机构必须具有能够在门闭合时对门闩进行目视检查的设施。
除非所有的门闩已确定完全闩住，否则飞机不能够增压。
门闩不得有足以使门损坏的任何磨损、失调或偏离规定容差的情况。
3.闩机构功能的实现型式
闩机构功能的实现有多种方式，根据闩机构上闩的方式大致可分为以下3种：
（1）插销式。
闩机构中的闩为闩杆，闩杆沿门框闩支座进行滑块运动，当闩处在关闭位置时，通过闩杆与门框结构上的闩支座之间的配合，阻止舱门打开。
（2）锁钩式。
闩机构中的闩为锁钩，锁钩绕钩轴定轴转动，当闩处在关闭位置时，锁钩与门框上的锁柱配合，阻止舱门打开。
（3）滚轮式。
闩机构中的闩为带滚轮的摇臂，闩滚轮按运动轨迹沿闩槽运动，当闩处在关闭位置时，摇臂上的滚轮与门框上的闩槽配合，阻止舱门打开；或者闩机构中的闩为闩槽，当闩处在关闭位置时，闩槽与门框上的滚轮配合，阻止舱门打开，如图4所示。
闩机构功能实现方式的选择以及闩机构的具体数量，需要根据舱门种类（承压舱门与非承压舱门）、受载情况、空间部置情况进行适当选择。
4.闩机构设计工程实例应用
闩机构运动流程简而言之就是手柄启动装置驱动闩机构运动，从而实现上闩，解闩功能。
4.1某舱门闩机构的功能及组成
某民用飞机舱门的闩机构设计主要由锁钩机构、安全销机构、锁钩轴机构这3个分机构组成。
锁钩机构的功能主要是阻止舱门意外开启，并承受部分特定飞行状态下的载荷，当锁钩部件完全与结构组件搭合并且通过锁操纵机构约束其位置则完成锁钩
机构的功能目标。
安全销机构的功能主要是作为阻止舱门开启的另一套辅助装置，它防止舱门在非正常开启状态下向上提升运动，避免在锁钩失效的情况下，舱门意外启动从而导致舱门意外打开，安全销机构不承受飞行载荷。
锁钩轴机构的功能主要是驱动锁钩机构和安全销机构运动。
锁钩本体机构主要由锁钩、锁钩支座、锁钩定位转轴、连杆等组成，安全销本体机构主要由安全销连杆、安全销插杆、安全销支座等组成，驱动锁钩机构运动的锁钩轴机构部分零件主要由花键转轴、法兰盘、锁钩摇臂、连杆摇臂、安全销摇臂、连杆、支座、止动部件等组成。
如图5所示。
4.2闩机构运动原理
锁钩机构与安全销机构都是以锁钩轴机构来进行驱动，锁钩轴为花键轴，它与锁钩摇臂、安全销摇臂都是通过花键的方式传递运动的。
当舱门打开和关闭过程中，手柄驱动摇臂通过连杆带动锁钩轴上的连杆摇臂运动，从而锁钩轴转动，安装于锁钩轴上的锁钩摇臂及安全销摇臂通过连杆再带动锁钩及安全销运动，从而达到上闩和解闩的作用。
锁钩机构和安全销机构需要考虑在意外情况下，不会轻易脱闩，所以一般会有锁系统监视闩机构的运动，但是闩机构自身也需要有锁定装置；同时在意外情况下，闩的运动角度过度，也会引起手柄反转，从而发生意外解闩，所以闩机构也需有限定装置。
为考虑运动限制及锁定状态，闩机构主要采取了以下两种方法：
限位：锁钩机构采用摇臂处安装止动螺钉，与连接主结构的支座配合达到限位作用。
安全销机构主要限位装置为安全销摇臂端头与位于结构上的限位器支座在运动到设计位置时，安全销摇臂端头止动螺钉会与限位器配合限位。
锁定：利用过中心设计完成锁的功能。
在设计时根据摇臂转动方向设计连杆与锁钩摇臂、安全销摇臂之间连接角度≠180°，这样就可以在转动过程中发生连杆与锁钩摇臂、安全销摇臂之间的角度达到180°，此时锁钩更向钩轴靠近，而安全销更向门框结构处靠近，连杆与锁钩摇臂、安全销摇臂之间的连线达到180°，完成锁功能。
5.结论
根据本文对民用飞机舱门的闩机构设计的分析说明，可归纳得出以下几点：
1）闩机构的设计须满足适航要求、功能要求、强度要求和刚度要求并且要具有较好的工艺性，公差配合的选取适当。
2）闩机构功能的实现有多种方式，闩机构功能实现方式的选择以及闩机构
的具体数量，需要根据舱门种类、受载情况、空间部置情况进行适当选择。
3）在满足机构功能的前提下，闩机构机构传递路线应尽量短，机构直接传力可以减轻机构重量。
4）为了防止闩机构在意外情况下脱闩，不仅要设置锁轴机构，还要在闩机构自身设计一定的预防措施，比如过中心设计可较为有效地防止意外脱闩。
5）为了防止闩机构反向旋转引起手柄非正常驱动，闩机构需设计限定装置，阻止闩的反向运动。
参考文献
[1]（美）牛春匀著，程小全译.实用飞机结构工程设计.航空工艺出版社，2008。
