民用飛機垂直尾翼后緣艙布置方法研究

張燕喬

【摘 要】民用飛機垂直尾翼簡稱垂尾，用來保持飛機在飛行中左右（偏航）方向的穩定性和控制飛機在左右（偏航）方向的飛行姿態。垂尾后緣艙主要布置有方向舵作動器、結構肋板、液壓管路、電氣電纜。本文主要介紹了民用飛機垂尾后緣艙布置的原則和影響因素，為民用飛機垂尾后緣艙布置提供了設計方法和思路。

【關鍵詞】民用飛機；垂尾后緣艙；方向舵作動器；結構肋板；液壓管路；電氣電纜

0 引言

民用飛機垂直尾翼按區域分為前緣、盒段和后緣，垂尾后緣艙連接飛機方向舵，如圖1所示。后緣艙是為滿足方向舵的氣動要求和懸掛方向舵的力而設計的剛性結構，主要由左右壁板、橫向肋、接頭座、口蓋及密封件等組成，如圖2所示。

根據后緣艙的功能，后緣艙內布置有飛控系統作動器，液壓系統管路以及EWIS電纜，液壓油及電信號共同驅動作動器帶動方向舵偏轉。為保證剛度要求，后緣艙內布置有一系列強弱不同的橫向肋；液壓管路及電纜依次穿過橫向肋上減輕孔分布。

后緣艙空間較小但作用十分關鍵，在飛機設計初期，需從總體的角度出發，全面考慮，合理布置，以滿足飛機最佳性能和飛機適航取證為最終目標。

1 民用飛機垂尾后緣艙布置原則

民用飛機垂直尾翼后緣艙是懸掛和驅動方向舵的重要區域，對其內各系統進行布置設計的目標與原則是：為方向舵作動器提供合適的布置空間及工作環境，保障其安全、有效工作。后緣艙內的液壓管路及電氣電纜布置必須確保安全性、可靠性和可維護性，滿足適航條例要求。

2 民用飛機垂尾后緣艙布置設計要求

民用飛機垂直尾翼后緣艙在總體布置設計時，應在符合適航條例要求的基礎上，滿足總體設計要求及其他相關系統設計要求。

2.1 適航要求

所有的結構及系統安裝均要滿足CCAR-25-R4相關條款要求[1]。具體如下：

1）CCAR 25.301 載荷；

2）CCAR 25.303 安全系數；

3）CCAR 25.393 平行于鉸鏈線的載荷；

4）CCAR 25.581 閃電防護；

5）CCAR 25.611 可達性措施；

6）CCAR 25.685 操縱系統的細節設計；

7）CCAR 25.863 可燃液體的防火；

8）CCAR 25.869 系統防火；

9）CCAR 25.1301 功能和安裝；

10）CCAR 25.1309 設備、系統及安裝；

11）CCAR 25.1316 系統閃電防護；

l2）CCAR 25.1353 電氣設備及安裝；

13）CCAR 25.1431 電子設備；

14）CCAR 25.1435 液壓系統。

2.2 總體布置要求

1）飛機內部設備、系統配置原則上服從于結構主受力件布置；

2）機體結構設計和裝機設備及系統線路的配置與安裝，首先應確保飛機主要運動部件的定位與安裝以及相應的運動間隙控制；

3）根據經驗，運動件與固定件之間的最小運動間隙可以0.5inch為下限要求。

2.3 液壓管路布置要求

1）有支承處：在導管用卡箍固定在結構或其他剛性零件上的地方，卡箍兩邊導管與結構之間一般間隙要求為0.25inch，而在卡箍處附近導管與結構之間間隙要求可適當降低。

2）無支承處：為了防止在工作中由于變形或運動而與零件的凸出部分、螺栓、螺母、卡箍或結構銳棱處相接觸，導管與上述物體之間必須留有足夠的間隙，考慮安裝及維修公差因素，在最不利的情況下建議保留0.25inch間隙，在卡箍間的設備與相鄰結構之間建議保留0.5inch的間隙。當導管通過結構減輕孔處時，必須采取措施避免導管與結構接觸，推薦在此處的導管上安裝卡箍固定導管。

2.4 電氣電纜布置要求

1）流體管路和設備需要電氣連接時或者它們的實際間隙小于2inch處，布線必須被附近的主支撐可靠定位，一般需保持0.5inch的間隙。也可以利用布線卡箍和管路卡箍之間的固定維持間隙。當布線與管路隔離采用非金屬硬管、金屬管、電纜槽、其他適當的結構屏障時，相關的最小間隙要求不適用。為防液體污染，任何管路（含水/廢水）的下方不得設置接線器件。

2）線束和可移動部件（例如，鉸鏈和旋轉連接件，具體像駕駛手柄、操縱輪、扭力桿、活動面）之間的最小距離按照經驗一般為0.5inch，個別位置不能符合該要求時，必須采取局部保護措施。

3）如果線束與結構銳邊之間的間隙小于3/8inch，則應安裝合適的鑲圈或防磨邊，線束與結構銳邊之間可保持的最小間隙建議為1/16inch，并不得承受除自身重量以外的任何附加機械應力。有防護線束穿過壁厚而孔小的結構開孔時，可以采用鑲圈或防磨邊支撐，也可灌密封膠固定替代防磨邊。

2.5 維修性要求

總體布置設計時，應滿足垂尾后緣艙內各系統維修性要求，主要是安裝、維修通道的開敞性要求和可達性方面的要求。

2.6 經濟性要求

垂尾后緣艙布置時，在滿足系統功能的前提下，必須兼顧經濟性要求，減少相關系統更改、維修費用。

3 垂尾后緣艙布置的影響因素

垂尾后緣艙布置的影響因素包括：方向舵作動器的布置、結構系統布置、液壓系統管路與電氣電纜的空間布置和維修性因素等。

3.1 方向舵作動器的布置

方向舵作動器布置于后緣艙內，用于驅動方向舵的運動。為了使整個操縱面得到較為均勻的驅動力，原則上作動器應安裝在操縱面展向1/3-1/2的位置。

3.2 結構布置

后緣艙結構系統的布置主要指若干個強弱不同的橫向肋的依次排布。如圖3所示，除了作動器區域，大部分后緣艙橫向肋與垂直安定面的翼肋一一對應。垂直安定面翼肋是根據壁板的支撐需要和方向舵作動器及鉸鏈點的位置確定，一般肋軸線垂直于后梁布置。根據方向舵操縱接頭在轉軸展向的分布位置，布置作動器區域的懸掛點和后緣艙支架肋，進而確定主承力翼盒在作動器安裝區域的肋位置，使得主承力翼盒的肋與后緣艙支架肋的軸線在后梁平面處交匯。主承力翼盒其他肋主要用于維持垂直安定面的氣動外形，按照一定間距大致均布，根部密而尖部稍疏。據此布置后緣艙內作動器區域以外的支架肋，使得后緣的肋軸線與主承力翼盒肋的軸線在后梁平面內交匯。

此外，用于懸掛方向舵的耳片式接頭直接或通過接頭座間接固接在對應的加強肋上。為確保方向舵的靈活而可靠的轉動，各耳片接頭上都有自潤滑的調心球軸承（關節軸承）。

3.3 液壓系統管路與電氣電纜的空間布置

液壓管路與EWIS電纜由上至下敷設于后緣艙，用于共同驅動方向舵作動器。兩個系統的布置除了需分別滿足各自的規范外，其空間相對位置也有特殊要求。具體布置方法如下：

1）在后緣艙每個橫向肋上開減輕孔，使得液壓管路與EWIS電纜穿過；管路與電纜通過卡箍和支架固定在結構上。

2）液壓管路與EWIS電纜之間間距應滿足兩個系統布置安裝規范，在無法滿足規范要求間距時，應至少保證0.25inch的最小經驗值。

3）按照CCAR25.863相關條款要求，在垂尾后緣艙內，液壓潛在泄漏源不應布置在電纜上方，否則存在液壓泄漏液體腐蝕電纜并引起電弧起火的隱患。故EWIS電纜需在空間位置上盡量布置于液壓管路上方或錯開。在穿過結構肋板減輕孔時，可考慮電纜在上、液壓在下，或者展向分布兩種不同的布置方法以滿足條款要求，如圖4所示。

4）在作動器區域，由于空間狹小且液壓管路及EWIS電纜與作動器連接位置固定，故無法完全滿足CCAR25-R4相關條款要求，此時，允許液壓管路布置在電纜上方的情況出現，如圖5所示。

3.4 維修性影響

垂尾后緣艙需要充分考慮維修性的影響，合理規劃維護通道，便于維修人員對后緣艙內系統進行檢查維護。民用飛機垂尾后緣艙兩側壁板口蓋一般均設計為可拆卸式，能夠保證維修人員從側面對艙內作動器及管線路進行維護。

4 結論

垂直尾翼后緣艙的布置對飛機設計具有重要意義。后緣艙內各系統的布置是一個循序漸進、反復迭代的過程，應盡可能充分考慮影響布置的各項因素，及時發現問題，解決問題，實現垂尾后緣艙的最優化布置。

【參考文獻】

[1]運輸類飛機適航標準.中國民用航空規章第25部CCAR-25-R4[S].中國民航總局，2009.

[責任編輯：王楠]