飛機典型機構運動功能可靠性的建模方法及應用

楊玲美+陳進庚+雷雪+簡冬梅

摘 要 在飛機上存在很多運動機構，這些運動機構的具體構造相對復雜。文章將飛機典型機構運動功能可靠性的建模方法及應用分為齒輪齒條式縫翼機構、飛機機械鎖類機構和連桿式收放機構定位精準度這三個方面進行簡要分析，希望可以為業內起到一定參考作用。

關鍵詞 飛機典型機構；運動功能；可靠性；建模方法

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）205-0119-02

飛機典型機構失效原因主要有2個方面，一是機構部件損傷累積造成的機構失效現象，二是影響因素隨機性造成的機構失效現象，飛機機構一旦失效，就有可能對飛機完成飛行任務造成影響，可能會造成較為嚴重的安全問題，如空難等。

1 齒輪齒條式縫翼機構可靠性的建模方法及應用

1.1 建模方法

對齒輪齒條式縫翼機構功能原理進行分析，現階段，縫翼主要失效模式可以分為主要5種類型，即滑軌表面接觸疲勞、齒輪與扭力桿等結構出現損壞、收放速度超出范圍、收放角度精度不足以及兩側運動不夠同步。對機翼變形影響下的線管數學模型進行推導，可以發現縫翼彎曲和扭轉變形存在一定耦合效應[ 1 ]。

在縫翼機構建模時，可以利用LMS Virtual. Lab，在該建模中，主要包含了氣動載荷轉化方法、扭力桿建模、機翼變形建模和運動分析補設置，在扭力桿建模中，可以利用扭力近似替代建模方法，設內外側齒輪角度偏差是0，扭力桿傳遞力矩是0，如果？為內外側齒輪角度偏差，那么扭力桿傳遞扭矩T為：

在模型中，利用力矩可以代替其扭力桿模型效果。這種近似替代模型可以讓參數化更容易實現，考慮到扭力桿加工誤差，可以對扭力桿抗扭剛度進行直接改變，如果需要對扭力桿斷裂進行模擬，可以將抗扭剛度設置為0。

而在機翼變形模型構建中，需要對機翼進行靜力學分析，讓支點安裝位置位移量得以求出，并在縫翼機構支架中融入位移量，其建模過程可以概括為：機翼有限元模型→機翼變形計算→平移副+位置驅動→機體、支架。

1.2 具體應用

以某縫翼運動機構作為應用對象，利用上述相關建模方法，對多個影響因素隨機性進行考慮，可以評估各種失效模式發生概率，影響因素包含了等效撓度、摩擦系數、抗扭剛度、滾輪半徑等，經過觀察，發現該運動機構運動卡滯與扭力桿斷裂的失效概率相對較大，是主要失效模式，在全部齒輪卡死后，驅動力矩的安全裕度會降低到0.8，縫翼放下時所需力矩大于系統可提供驅動力矩，會有運動卡滯出現，而在扭力桿斷裂時，內外側叫偏度安全裕度會降低到1.2，和失效閾值較為接近。

2 飛機機械鎖類機構可靠性的建模方法及應用

2.1 建模方法

飛機機械鎖類機構的失效模式主要包含3種類型，即運動卡滯、運動精度失效與彈簧失效，針對其失效模式產生的主要原因，可以得到可靠性建模方法。

運動卡滯原因主要為驅動力不足和鎖機構自鎖卡滯，針對鎖機構驅動力進行建模，需要分別建立多體模型與電液控制系統模型，建立相關接口，可以讓電液控制系統模型向多體模型提供運動所需力，多體模型可以反饋給電液控制系統模型速度、位置等信息，在鎖鉤載荷建模中，可以采用兩種方法進行建模：

一是不建立艙門模型，只建立鎖環模型，如果艙門到位，可將額外載荷施加在說還上；二是在鎖機構中將艙門等大型部件作為一部分完成建模。

而在彈簧失效建模中，需要在仿真模型中對彈簧力單元進行使用，針對彈簧進行建模，對于鎖機構性能來說，如果彈簧具有關鍵作用，那么可以視彈簧為柔性體完成建模工作[2]。

2.2 具體應用

對某個出現故障鎖機構失效模式展開分析，發現主要失效模式為運動卡滯現象。

對此，可以構建相關可靠性模型，對影響因素隨機性進行分析，發現在開鎖過程中，滾軸材料的硬度存在不足現象，而構件載荷相對較大，鎖機構容易因為塑性變形而失效。

對此，可以改變鎖鍵坡度，并替換滾軸材料進行解決，在該試驗中，其坡度從65°改變為60°，而滾軸材料從0Cr18Ni9改變為30CrMnSiA.

3 連桿式收放機構定位精準度可靠性的建模方法及應用

3.1 建模方法

對連桿式收放機構定位精準度可靠性進行建模，需要對機構構建變形、鉸鏈磨損、加工誤差和間隙定位精度進行分別建模，在鉸鏈磨損建模中，需要針對鉸鏈均勻磨損、鉸鏈不均勻磨損和曲柄滑塊機構鉸鏈不均勻磨損進行分別建模，需要利用Archard模型，設磨損系數為K，接觸應力為P，旋轉副中材料布氏硬度是H，材料泊松比是V，那么鉸鏈體積磨損量為：

通過相關變形建模方法，可以得出隨機載荷作用下，因為變形所引起的定位誤差隨機性計算公式。

3.2 具體應用

針對某艙門收放機構關閉狀態定位精度可靠性進行應用分析，針對實際情況，對裝配間隙、加工誤差、構件變形因素以及運動副磨損等因素予以考慮，可以得出定位精度可靠性因為收放次數的變化而產生的變化規律，在該案例中，利用蒙特卡羅法可以對不同次數下的機構定位精度變化趨勢與鎖環垂直高度分布變化趨勢進行分析，進而得出，艙門收放機構定位精度可靠度降低的主要原因為鉸鏈磨損量增大。

4 結論

綜上所述，分析失效原因，利用LMS Virtual.Lab、Archard模型等可以得出飛機三類典型結構齒輪齒條式縫翼機構、飛機機械鎖類機構和連桿式收放機構的可靠性建模方法，在具體應用中，利用多樣化的建模方法可以得出飛機機構主要失效原因，進而采取針對性的預防措施和解決策略。

參考文獻

[1]亢麗平.前庭功能對飛機跳傘運動的重要性研究[J].武術研究，2016，1（10）：141-143.

[2]涂相征.民用飛機工程模擬器設計[J].軟件導刊，2015，14（1）：103-104.endprint