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1、民用飞机座椅研究及展望0引言随着全球化进程的深入，竞争日益激烈，“空中飞”己经成为人类首选的交通方式。座椅是飞机整个结构当中极其重要的结构,不可缺少的一部分。它为舱 内乘员提供工作、生活的保障和免受损伤的保护。根据波音、空客和中国权威机构预测,未来20年中国民航将新增1200架1588架飞机,乘客座位数新增20万24万座,平均每年将新增加1万1.2万座乘客座椅。中国客机数量剧增,座椅成为巨大的商机市场。过去,中国民用飞机座椅被外国供应商所垄断。但自2006年,世界著名民用飞机制造商开始落户中国,成立了湖北航宇埃威尔商用飞机座椅有限公司,中国研制的民用飞机座椅面向了全球。随着国际航空技术的进步,
2、航空座椅市场也得到了迅速发展,与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为关注的焦点。了解国内外航空座椅生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于国家和企业提升产品技术规格,提高市场竞争力十分关键。1概述民机旅客座椅及其应急救生设备是飞行中保障乘员生命安全及旅行舒适的关键设备,也是民机项目中最主要的机载设备之一。根据服务标准,客舱分成头等舱、公务舱和经济舱。客舱的等级不同,主要体现在座椅的设计和座位的安排上。经济舱的座椅尺寸小,而且座椅之间的距离也小。客舱等级升高,座椅本身的尺寸和座椅之间的间距也越来越大。在交通运输系统中,航空运输的特殊性表现在高速与技术密集,以及超常规性,因此就需要超
3、常的技术支撑。国外及我国航空工业系统与民用航空系统都制订了 航空器座椅和卧铺技术标准规定 、 航空器座椅和卧铺最低性能要求、 运输类飞机座椅约束系统与乘员保护的动态评估等规章,在设计航空座椅时,必须遵循这些规章制度,以达到座椅的适航性要求。航空座椅的适航标准涉及两个方面技术标准规定和飞机适航标准的有关规章条款。即TSO-C39B（航空座椅和卧铺）和25.785（座椅、卧铺、安全带和肩带）25.561（应急着陆情况）等条款。对于新一代的飞机,还必须满足25.562应急着陆动力情况的要求,以及与之相关的TSO-C127（旋翼航空器和运输类飞机座椅系统）。25. 785 (a)要求每张座椅(包括机组
4、人员座椅以及旅客座椅)、卧铺、安全带、肩带，以及与之相邻的飞机零件应设计成经受中规定的惯性力的乘员在应急着陆时将不会遭到严重的损伤。25.561(b)中的惯性力被规定作为乘员的极限力，并把其作为静态施加的载荷来处理。FAA54-64修正案和CCAR-25修正案25-1提高了25. 561中规定的向上、向下和侧向的静载荷系数，并增加了向后方向的要求。同时增加了25. 562应急着陆动力要求。1.1安全性要求在应急状态下，能否有效地保护乘员免受损伤，如何减少事故伤亡率，是目前各国专家以及工程技术人员致力解决的重要课题。经过对民用航空事故进行长期调查分析，客机起飞和着陆的事故发生率分别为25.1%和
5、45.3%，占总事故发生率的70.4%，而死伤人数中60%是因坠机后旅客座椅损坏导致旅客受碰撞造成的。这说明两个问题:一是航空座椅是飞机安全性保证的重要组成部件之一；二是研究飞机起飞和着陆时座椅的安全保障作用非常重要。航空座椅安全性技术包含安全带设计、吸能技术、阻燃技术、强度试验技术、现代制造工艺等关键技术。1.1.1安全带的设计安全带连接到座椅上，可以调节长度，用卡扣把乘客“捆绑”在座椅上。不仅可以防止飞机加速度改变时引起的人体位移的改变，还可以减少飞机在起飞、着陆和急转弯时产生的冲击力对人体的伤害。安全带性能要求概述如下:(1)安全带组件的额定强度:装在单座座椅上使用的安全带组件，包括织带
6、、释放装置、其他零部件，按规定试验要求拉紧后，在安全带轴向上至少能承受6672牛的载荷如果是双联座座椅上使用的安全带组件，则额定强度应至少为13344牛。安全带组件的额定强度，都相应地标在每副安全带组件的每半边带子上。(2)安全带释放装置:安全带组件是可调的，并有一个易于操作的快速释放装置。在安全带织带承受了至少等于规定的拉伸载荷以后，安全带使用者能够比较容易地打开这个释放装置。(3)织带的特性及其他:安全带织带规定的标准宽度51毫米，考虑到纺织、染色、防毒、阻燃及磨损处理等所有必须的生产过程，织带宽度可掌握在(49士2)毫米。连接织带的金属件上的槽或孔不小于51毫米。织带额定断裂强度至少比组
7、件规定的强度高出50%，其阻燃性能符合规定的要求，以防止在使用期间由于气候、腐蚀、锐角的磨损及其他原因引起的强度降低或损失。在安全带的设计中，安全带扣的作用是最关键的，设计不合理，会出现锁定状态可能被迫解除和舌板可能从安全带扣主体上松脱的问题。有两种方法来解决这个问题，第一种方法是增加用于持续将锁扣压向锁定状态的弹簧的弹簧力，不过这样会增加解除锁定状态的释放力。第二种方法是设计一种安全带扣，该安全带扣能在没有增加解除锁定状态的释放力的情况下防止有所谓的倒退引起的舌板的松脱。由此看出安全带扣的设计有待进一步的研究。1.1.2吸能技术在飞机急速减速和坠地时，飞行加速度发生变化时，乘客都会受到极大的
8、冲击力。在人的生理条件承受冲击的能力是有限的情况下，如此大的冲击力会对人体造成很大的伤害。但飞机承受冲击的能力是远远大于人体的，由此设计者想到，把人体所受到的冲击能量转移掉的方法，这就是吸能技术。座椅结构的吸能原理一般是机构位移量的改变或者通过机构变形吸收能量。吸能式旅客座椅的椅腿结构中，装有一个能拉伸的吸能器。当吸能器被拉伸时，可以吸收由座椅传向地板的部分过载。再如X型椅腿和N型椅腿旅客座椅是利用椅腿的直接变形来适应过载的。X型座椅受冲击后，前椅腿弯曲变形，后椅腿拉伸变形，变形后座面倾斜。其优点是碰撞瞬间可承受双向载荷，且座椅变形后的水平位移量较小，这样在有限的排距内，可增加旅客在冲击后应急
9、撤离的可能性。N腿座椅受到冲击后，前腿弯斜杆和后椅腿绕椅腿后连接点向下转动。变形后的座椅仍较水平，但向前向下移动，使旅客能保持正确的坐姿。1.1.3阻燃技术涉及到阻燃方面的问题，主要有两类部件：(a)座椅结构组件；(b)座椅垫。座椅材料的选择必须按照美国安邦航空局(FAA)颁布的条例要求或者我国民航局颁布的条例，即CCAA-25要求在满足要求的条件尽可能的轻。随着材料技术的发展，国内外的许多座椅制造商和研究专家，已把复合材料广泛的应用到飞机座椅制造中。如比利时Feronyl军用飞机座椅制造公司选用聚醚醚铜(PEEK)来代替座椅中的镁合金件。PEEK具有高强度、低可燃性、毒气排放低、重量比金属轻
10、等特点。再如以PPS为基体材料的碳纤维增强物，相比铝材来说，可减轻40% -50%的重量，并节约成本20%-25%.荷兰DTC公司己完成采用此材料的整套座位部件的制造工作。飞机座椅垫起初用的材料是聚氨酷块状泡沫，并不阻燃。之后，飞机座椅制造商纷纷提出应用热熟化聚氨醋泡沫和冷熟化高回弹聚氨酷软泡沫作为飞机座椅材料，典型的有意大利的AVID公司。虽然聚氨酷软泡(FPUF)具有质轻、柔软、透气、回弹性好、耐老化、隔音、保温等许多优良特性，但FPUF极易燃烧，并产生大量的毒气，这显然不满足座椅垫的阻燃性。飞机座椅垫的泡沫芯由FPUF构成，因此对FPUF进行阻燃处理尤为重要。近10年来国内外对无卤阻燃F
11、PUF做了大量的研究，并验证采用具有抑烟性能的复合阻燃剂阻燃聚氨酷软泡沫是必然趋势。1.1.4强度试验技术从适航标准来说，座椅的强度主要是座椅主结构的静力强度和座椅的动力强度。强度是航空座椅满足适航性的重要技术指标，因此航空座椅设计时必需满足FAA颁布的TSO-C39b和25.561、25.785中的要求。随着技术的发展，为了使飞机更加安全，修正案又提出25.562应急着陆动力要求，这项要求在技术上较为复杂，仍存在有待解决的问题。其中主要的是建立动态试验设备，对座椅动强度进行动态试验。1.2舒适性要求座椅的舒适性主要体现在，人在长时间的坐姿下，不会感到很疲劳。按照人机工程学原理，人类的最佳坐姿
12、是135度的坐姿，以能保持其脊椎形状，减轻脊椎压力。从图1脊椎弯曲和姿态图可以观察出，各种坐姿中C状态下脊椎弯曲形状与脊椎生理曲线最为接近。所以座椅在设计时按照C姿态进行的。图1脊椎弯曲与姿态图目前，研究表明，搭乘长途航班的经济舱乘客更注重飞行中的健康问题，期待拥有更多的活动和伸腿空间，而搭乘商务舱的乘客则对平躺睡床和私人空间，以及可以方便工作的环境抱有热切期望。由此，美国达美航空设计了一种新型经济舱座椅一曲折的航空座椅，它的最大特点在于引入了之字形的曲折排列，因此每个乘客都可以获得更为独立的空间，而且当你想要小憩一会儿的时候，还可以直接把头靠在侧面。而且这种新型的座椅也提供有更为宽敞的腿部空
13、间，从而最大限度的为旅客提供更为舒适的空间。对于商务舱和头等舱，可180度平躺的座椅受到了市场的欢迎，美国联合航空、加拿大航空、大韩航空等都已安装了这种新型座椅。根据数据显示，新型平躺式座椅将向更宽敞的方向发展。2座椅发展展望随着科技的迅速发展，航空技术也得到了高速的发展，与之相关的飞机座椅技术的研究也成为关注的焦点。根据研究表明，未来航空座椅发展的特点是:（1）更加系统地考虑到安全因素，大量减少事故率和伤害率，并开发与提高安全标准相适应的新技术，从材料、结构、保护装置等各个方面来提高座椅在旅途中的安全性以及遇到危险时的应急功能。（2）更加人性化地考虑到乘客对舒适度的要求，增加座椅功能的多样性
14、，让不同喜好和生活习惯的乘客都能拥有一个愉快的旅途。（3）更广泛地考虑到各种类型的乘客，增加座椅的多样性以满足不同乘客的需求。为了提高客容量，使短途乘客买到更实惠的飞机票，英国Design Q公司提出未来飞机舱室类似火车硬座车厢的概念-“Q-设计”。3结束语本文对航空座椅的适航性要求做了简单的介绍，分析了各项技术的发展，并展望了航空座椅的发展方向。我国民用飞机座椅起步较晚，技术相对先进国家较落后。但近几年我国航空工业发展迅速，国家已把民用直升机的发展提上日程。 2007年3月，国务院批准了中国大飞机的研制计划，国家将投资500-600亿人民币同时进行军用大飞机和民用大飞机的研制。这一切表明，我国的航空工业已不再落后，我们己有了自己的航空座椅市场，甚至走向了世界。
