飛機操縱系統載荷計算快捷方法

摘要：通過對飛機操縱系統最基本的單元搖臂—拉桿的運動分析，采用該單元的有效半徑，方便、快捷的計算出該零件所受到的載荷。

關鍵詞：操縱系統 載荷計算 有效半徑

1.概述

無論是新設計的飛機操縱系統，還是在原有操縱系統上進行傳動比調整改進，其中一項重要的工作就是進行操縱系統的載荷計算，只有先求出各個環節的載荷，操縱系統零部件的設計和機體連接部位的細節設計才有準確的依據。

隨著時代的進步，計算機技術的日益普及，利用計算機進行飛機操縱系統的輔助設計已經相當普遍，這樣可使操縱系統的設計產生一個飛躍，即可省時，又可提高系統精度和設計質量。

2.操縱系統計算方法

由于各種飛機操縱系統總體安排和具體結構形式千差萬別，如果試圖編寫一個萬能的程序，能夠完成所有飛機的操縱系統載荷計算，是非常困難的，幾乎是不可能的。如果針對某具體的操縱系統，編寫專用的載荷計算程序，由于程序的編寫，調試需要一個較長的周期，這樣與手工計算比較，在時間的花費上幾乎相差無幾。

經過分析比較和各種嘗試，我們隊各種結構復雜的系統進行剖析，將其分解長最基本的組成單元，即搖臂的一臂和其相連的拉桿（鋼索）組成，利用解析幾何的方法，求出該基本單元注：A點是搖臂轉動平面上的一點，但不在BC連線上，也不在其延長線上。

飛機操縱系統的載荷計算，可以有很多方法：如有限元素法，單位載荷法，解析法等。我們再這里介紹的方法也屬于解析法的范疇，其中最關鍵的一步就是求出各個環節的有效半徑，有效半徑求出后，各個環節的傳動比可立即得到，一旦知道了各個環節的傳動比，那么各個環節的載荷就迎刃而結了。

在操縱系統的載荷計算過程中，不計零件之間的摩擦力，也不計支持結構和系統本身的變形，根據受力平衡的條件，按規范規定的駕駛員發出的力由前向后推算各零件的載荷。

在操縱系統的載荷計算中，如果采用我們推薦的有效半徑方法，有以下幾個主要優點：

a 無論怎樣復雜的系統，我們都可以分解成最基本的單元，由于抓住了問題本質和根本，所以我們編寫的程序可以計算任何飛機、任何形式的操縱系統；

b 載荷計算報告簡單、明了，計算結果表格化；

c 可以節省時間，提高工作效率，飛機操縱系統越復雜，節省的時間就越多，在時間就是生命的現代化飛機工程中，這點就顯的尤為重要；

d 手工計算的載荷報告繁瑣，工作量大，往往難免發生錯誤，在校對時錯誤的檢出率低，如果采用我們介紹的方法，只要輸入的原始數據正確，計算結果出錯概率等于零；

e 根據以往操縱系統載荷計算的慣例，僅僅只考慮搖臂旋轉平面的分力，而對垂直于搖臂旋轉平面的分力（一般較小）忽略掉了。在編制本計算程序是，在局部坐標下的三個分力都考慮到了，這樣使得載荷計算的結果更加準確；

f 我們介紹的有效半徑方法，不僅使載荷計算變得簡捷，同時也為手工方法計算操縱系統的剛度提供極大的方便。當我們求得某一環節在單位載荷下的變形量，同時知道此環節至舵面的傳動比，通過簡單的換算，立即可以獲得因為本環節的變形而引起舵面的偏角。

編制“求解操縱系統有效半徑”程序的流程圖（圖2）如下：

操縱轉軸傳遞的扭矩為：

M=65060×160=10409600 N·mm （160mm為下搖臂長度）

P1=M/L=10409600/410=25389.27N

P2=P1×tan33.815°=17006.26N

P3=P1/cos33.815°=30558.60N

程序計算舵面拉桿得拉力為30558.68N，與工程法計算所得的舵面拉桿力30558.60N絕對誤差為0.08N，相對誤差為2.6×10-4%。

4.總結

目前采用操縱系統基本單元的有效半徑法計算系統本身及其支持結構的載荷已經在飛機操縱系統設計上廣泛應用，它可以在飛機操縱系統打樣設計階段初步估計各級傳動比的分配，快速計算系統各級載荷，使系統結構設計更加優化、合理。

參考文獻：

《四連桿機構綜合概論》 機械工業出版社

《機械原理》 重慶大學出版社

《中國民用航空規章》（第二十五部 運輸類飛機適航標準）