0 引言

民用飞机客舱地板结构是民用飞机机身结构重要组成部分，一般包括地板横梁、地板滑轨、地板立柱等结构^[1]。其中客舱地板滑轨安装在地板横梁上，用于座椅、厨房、盥洗室等设备的固定或系留。客舱地板滑轨将地板横梁进行纵向连接，与客舱立柱共同组成客舱地板结构，承载了旅客以及座椅的垂向载荷以及应急着陆工况下的航向载荷以及侧向载荷^[2-3]。

目前民用飞机客舱地板滑轨结构形式较多，材料选择各异，本文对多个典型机型的客舱地板滑轨结构进行分析和总结，旨在为国内民用飞机客舱地板结构设计提供参考。

1 受力分析

地板结构在设计时考虑应急着陆情况并设定极限载荷系数。CCAR25部规定在应急着陆情况下的极限载荷系数如表1所示，实际设计时设定的极限载荷系数应大于等于表中数值。

对于滑轨来说，乘客的重量加上座椅的重量通过座椅结构传递到滑轨上。决定滑轨结构尺寸的为应急着陆向前9 g的航向惯性载荷引起前翻弯矩，前后椅腿对滑轨作用一对力偶。计算滑轨在力偶作用下的弯矩，并且根据滑轨的许用弯矩校核滑轨的裕度。初步设计计算时可取乘客重量为77 kg（170 lb，755 N），座椅重量为13 kg（30 lb，128 N），座椅下方行李重量为9 kg（20 lb，89 N）。

2 典型民用飞机客舱地板滑轨方案介绍

对现有成熟机型的客舱地板滑轨结构进行研究发现，目前各个机型的滑轨结构形式较多，材料选择各异。截面形式上滑轨有采用“工”字形截面以及“π”字形截面。材料上，滑轨材料基本为7系铝合金或者钛合金。

2.1 单通道飞机

2.1.1 A320飞机

A320飞机在前服务舱段开始布置滑轨，滑轨结构截面形式为“工”字形^[4-5]，材料为7175T6511，如图1所示。

A320飞机采用低横梁高滑轨的形式，滑轨直接放置在横梁上方，与横梁一侧通过缘条直接进行连接，另一侧通过角片连接横梁腹板与滑轨缘条，这样一方面可以分担载荷，另外可以尽量使得滑轨传递过来的剪力通过横梁剪心，避免附加扭矩，如图2所示。

2.1.2 波音737飞机

波音737从STA328开始布置滑轨，机身地板横梁上布置4根滑轨，滑轨截面为“工”字形，机头有部分滑轨为钛合金材料，其余部分材料为7178-T6511。波音737滑轨截面形式如图3和图4所示。

波音737滑轨在与地板横梁连接处设计有一开口，供地板横梁通过，同时滑轨上缘条与横梁上缘条通过6颗紧固件进行连接，滑轨开口处下缘条做斜削处理，如图5和图6所示。

2.2 双通道金属机身飞机

2.2.1 A330飞机

A330机头滑轨采用“工”字形截面，材料为7075-T79511，如图7所示。

A330地板横梁为金属材料，“C”型截面。滑轨与横梁连接时，滑轨开口放置在横梁上，滑轨开口处两侧下缘条做斜削处理。同时在横梁两侧分别用角片将滑轨腹板与横梁腹板进行连接。并且在横梁腹板面开孔，用连接角盒连接横梁两侧的滑轨腹板，如图8所示。

2.2.2 A380飞机

A380机头滑轨采用“工”字形截面，材料为7349/7055-T76511，如图9所示。

A380飞机的滑轨与地板横梁的连接与A320的类似。滑轨整体布置在地板横梁上方，通过滑轨下缘条与地板横梁上缘条进行连接，如图10所示。

2.2.3 波音777飞机

波音777飞机机头前服务舱前部根据需要布置了10根滑轨，往后等直段部分布置有8根滑轨，滑轨材料为钛合金或者铝合金。波音777采用了“π”型截面滑轨设计，如图11所示。

波音777采用复合材料横梁，且横梁为“C”型截面，如果通过传统方式将滑轨的缘条和横梁的缘条进行连接，紧固件只能排布在横梁的单侧，有可能会造成紧固件载荷过大的问题，因此，波音777设计了角盒方案，利用角盒分别连接滑轨的腹板和横梁的腹板，由于横梁主要是通过上下缘条受载，因此腹板连接对横梁影响较小。同时考虑到角盒和滑轨的配合公差，通过加一块垫片进行调节安装，如图12所示。

2.3 双通道复材机身飞机

2.3.1 A350飞机

A350滑轨为“工”型截面结构设计^[6-7]，材料为7349-T76511。相比于A330滑轨截面形式，其将上缘条上移与滑轨槽口上表面齐平，如图13所示。

A350飞机的滑轨与地板横梁的连接与A330的类似，同样是在滑轨与地板横梁连接处开槽口。不同于A330，A350的滑轨槽口深度没有那么深，并且在腹板中间会有凸出一个缘条用于和横梁上缘条进行连接，并没有像A330那样通过角片和角盒进行连接，如图14所示。

2.3.2 波音787飞机

波音787滑轨材料为TI-6AL-4V，结构上目前有两种结构形式，波音787-8飞机在34架次之前的滑轨结构为“π”型截面，在与横梁连接的部位进行凹槽处理，并增加中部缘条，通过中部缘条与横梁进行连接^[8-9]，如图15和图16所示。

波音787-8从34架开始以及波音787-9的滑轨采用焊接组合件，由“π”型截面挤压型材和一块带板焊接在一起。结构设计上滑轨的框间部分滑轨高度最高，且下部带板做了开孔减重处理，之后高度逐渐降低，在与横梁连接的部分，达到最低，为弥补高度降低导致的截面抗弯屈系数的降低，下部带板没有开孔，如图17和图18所示。

滑轨与横梁的连接是通过滑轨下部带板和“工”型截面横梁上缘条进行连接，同时为了提高连接区域的局部刚度，在横梁缘条下方布置了角片，如图19所示。

3 滑轨结构设计分析

3.1 滑轨冠部设计分析

滑轨截面尺寸的确定需要根据强度要求来确定，滑轨与座椅支点连接的冠部设计一般按照标准ISO 7116-1985“Aircraft—Rail and stud configuration for passenger equipment and cargo restraint”以及参照此标准编制的国标HB 6870-93《飞机地板滑轨型式及尺寸》来进行设计^[10]，具体要求如图20所示。

3.2 滑轨上缘条形式设计分析

A330和波音777等飞机的滑轨冠部都是高于滑轨上缘条，A350和波音787则是设计成滑轨冠部上表面和滑轨上缘条上表面齐平，如图21和图22所示。

如果在地板面确定的情况下，采用如图21的结构形式可以获得更高的截面抗弯矩系数，但是相比图22的结构形式，图21所示的结构形式的上缘条与冠部倒角部位是一个疲劳源，因此冠部形式的设计需要综合考量确定。

对于滑轨冠部突出滑轨上缘条的结构形式，在铺设地板面板和地毯时不会与接头结构发生干涉情况，而滑轨冠部与上缘齐平的设计需要连接在滑轨上的地板面板留存较大空间以方便座椅与滑轨的连接支点安装，因而需要较宽的上缘条，以此可以设计出需要的上缘条宽度。图23和图24为某机型的滑轨上缘条设计方案。

3.3 滑轨高度设计分析

对于宽体飞机，由于机身直径较大，因此地板横梁跨度比较大，由此需要尽量高的横梁腹板高度以提高横梁截面抗弯曲系数。但是机身留给地板结构的空间是有限制的，高横梁必然导致低滑轨，滑轨也需要一定的截面抗弯曲系数，因此最优的方案就是类似波音787、A330或者A350的设计。

同理对于窄体飞机，就不必一定采用高横梁方案，此时采用高横梁低滑轨或者低横梁高滑轨的方案都可行，可以结合具体情况进行分析。

4 民用飞机客舱滑轨方案总结

综合上述分析，对民用飞机客舱滑轨结构总结如下:

（1）结构形式上，滑轨主要抗弯，因此需选用一定的结构形式。波音系列飞机滑轨有采用“工”字形截面也有采用“π”字形截面。空客系列飞机均采用了“工”字形截面的结构形式。

（2）材料上，需要选择高强度材料。滑轨材料分为两大类，7系铝合金型材（A320、A330、波音777、A350、A380）或者钛合金（波音777、波音787、A350）。

结构形式与材料的汇总如表2所示。

（3）与横梁连接形式上，根据具体结构形式而定。各型号飞机与横梁连接形式各有不同，波音777通过角盒的连接形式对横梁缘条影响较小，但会有连接件重量过大的问题，A330的连接方式可以提高横梁高度，降低横梁重量，但同样会造成滑轨连接件重量过大的问题。波音787和A350直接通过滑轨缘条与横梁上缘条相连接，没有多余连接件，结构形式较好。

（4）滑轨的结构形式与截面高度与空间布置相关。空间布置限制了横梁和滑轨的截面高度，根据空间限制以及强度要求，采用高横梁、低横梁、高滑轨、低滑轨的组合方案。

5 结论

民用飞机客舱地板滑轨结构是民用飞机地板结构的重要组成部分，熟知其受载工况、受载特点、传力路径、定型结构形式、材料选材等，可以为其他机型的滑轨设计提供参考和设计思路、提高设计效率。

本文介绍了典型机型的客舱地板滑轨结构形式、材料选材以及滑轨与横梁的连接形式，分析了各结构形式的特点，最后从滑轨冠部设计、滑轨上缘条设计以及滑轨高度设计三个方面对滑轨结构设计进行了分析说明，给出了民用飞机滑轨结构设计分析的要点和一般方法，最后对民用飞机客舱地板滑轨结构方案进行了总结，为民用飞机客舱地板滑轨结构设计提供参考和借鉴。

参考文献