大型民用飛機(jī)后緣襟翼限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊其　吳昊　王明義　劉力搏　劉建剛　陸凱華

【摘 要】本文通過(guò)大型民用飛機(jī)襟翼與機(jī)翼盒段的變形協(xié)調(diào)分析，研究通過(guò)限位的方法對(duì)襟翼的變形進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以減小機(jī)翼盒段和襟翼之間的協(xié)調(diào)變形載荷，為后續(xù)民機(jī)設(shè)計(jì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】后緣襟翼；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；變形控制

中圖分類(lèi)號(hào)： V224.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0134-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.062

Design of the trailing edge flap structure of large civil aircraft

YANG Qi WU Hao WANG Ming-yi LIU Li-bao LIU Jian-gang LU Kai-hua

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210， China）

【Abstract】This paper analyzes the deformation coordination between the flaps and the wing box sections of large civil aircraft and studies the control of the deformation of the flaps by means of a limit method to reduce the coordinated deformation load between the wing box sections and the flaps. For the follow-up civil aircraft design provides a reference.

【Key words】Trailing edge flap； Motion mechanism； Deformation control

0 引言

大型民用飛機(jī)在機(jī)翼的前后緣一般采用諸如襟縫翼、擾流板及副翼等活動(dòng)翼面，通過(guò)改變機(jī)翼的形狀，控制機(jī)翼升力和阻力的分布，以達(dá)到增升減阻、提升操縱性能的目的。大型民機(jī)襟翼與周邊結(jié)構(gòu)的典型關(guān)系如圖1所示[1]。機(jī)翼盒段為機(jī)翼的主承力部位，承受空中載荷和地面載荷。機(jī)翼的內(nèi)外襟翼艙位于機(jī)翼的固定后緣區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)于內(nèi)襟翼和外襟翼。根據(jù)飛行操控需要，在內(nèi)襟翼艙和外襟翼艙部分區(qū)域布置有地面擾流板和多功能擾流板。機(jī)翼盒段和活動(dòng)翼面在承受載荷時(shí)會(huì)發(fā)生變形，由于承載形式和剛度的不一致使得兩者變形不一致，產(chǎn)生相對(duì)位移。在某些工況下，襟翼向上變形會(huì)對(duì)固定后緣內(nèi)外襟翼艙和擾流板產(chǎn)生相互作用，作用力超過(guò)結(jié)構(gòu)的承載能力將產(chǎn)生破壞，對(duì)飛行安全造成不利影響。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)仿真研究較多[2-4]，但缺乏對(duì)于襟翼與機(jī)翼盒段變形協(xié)調(diào)情況的研究。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)中，活動(dòng)翼面和主機(jī)翼各自關(guān)注自身部件的設(shè)計(jì)，對(duì)相互關(guān)聯(lián)的影響及約束控制少有說(shuō)明。

本文通過(guò)對(duì)大型民用飛機(jī)襟翼與機(jī)翼盒段間的變形協(xié)調(diào)分析，研究通過(guò)限位的方法對(duì)襟翼的變形進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以減小固定后緣和活動(dòng)翼面之間的協(xié)調(diào)變形載荷，為后續(xù)大型民用飛機(jī)設(shè)計(jì)提供了參考。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

為了降低后緣襟翼與固定后緣之間的協(xié)調(diào)變形，可以考慮在初始設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)襟翼與機(jī)翼盒段進(jìn)行剛度匹配，但是考慮到襟翼和機(jī)翼盒段在初始設(shè)計(jì)時(shí)剛度匹配并非優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)輸入，剛度也無(wú)法做到完全匹配使得協(xié)調(diào)變形消失，并且剛度匹配設(shè)計(jì)可能帶來(lái)重量上的增加。因此設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)以控制襟翼與機(jī)翼盒段的協(xié)調(diào)變形十分必要。

后緣襟翼限位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

（1）保證在較大過(guò)載情況下襟翼與機(jī)翼盒段的協(xié)調(diào)變形受控，襟翼能夠自由收放；

（2）在滿足氣動(dòng)外形、強(qiáng)度、剛度等要求的情況下結(jié)構(gòu)重量最輕；

（3）襟翼收放過(guò)程中接觸力盡可能小，襟翼滑軌驅(qū)動(dòng)力應(yīng)低于操縱機(jī)構(gòu)的限制驅(qū)動(dòng)力矩以減輕操縱機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)；

（4）滿足維修性、防腐蝕、減小檢查間隔的要求。

2 計(jì)算模型

后緣襟翼的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，襟翼在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除了受到操縱機(jī)構(gòu)施加的操縱力外，還需要考慮氣流吹過(guò)襟翼產(chǎn)生的氣動(dòng)力、機(jī)翼盒段變形傳遞過(guò)來(lái)的協(xié)調(diào)變形載荷、限位結(jié)構(gòu)上的接觸力等。為此我們運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)的方法建立了襟翼與機(jī)翼盒段的計(jì)算模型，考慮了襟翼在機(jī)翼上的連接形式和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各項(xiàng)載荷，模型情況如圖2所示。

同時(shí)，建立襟翼限位滾輪與限位結(jié)構(gòu)接觸分析細(xì)節(jié)模型，以模擬襟翼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸力的變化情況，模型情況如圖3所示。

3 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)分析優(yōu)化，對(duì)限位結(jié)構(gòu)進(jìn)行修形，使得襟翼滾輪與限位結(jié)構(gòu)的接觸力平穩(wěn)變化，有利于提高零件的疲勞壽命。襟翼滾輪與限位結(jié)構(gòu)的接觸力值曲線如圖4所示。

對(duì)襟翼滑軌驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。其中，紅色虛線是有限位結(jié)構(gòu)接觸的驅(qū)動(dòng)曲線，藍(lán)色實(shí)現(xiàn)是無(wú)限位結(jié)構(gòu)接觸的驅(qū)動(dòng)曲線。可見(jiàn)襟翼收放過(guò)程中滑軌驅(qū)動(dòng)力矩平滑過(guò)渡，限位結(jié)構(gòu)的存在使得放下初始驅(qū)動(dòng)力矩增大，但比襟翼完全放下時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩和限制驅(qū)動(dòng)力矩小很多，滿足功能要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)大型民機(jī)機(jī)翼與機(jī)翼盒段的變形協(xié)調(diào)過(guò)程進(jìn)行分析研究，采用結(jié)構(gòu)限位的方式對(duì)協(xié)調(diào)變形進(jìn)行控制，通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)限位結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使襟翼限位滾輪與限位結(jié)構(gòu)的接觸力平穩(wěn)變化，提高零件的疲勞壽命，同時(shí)襟翼滑軌的驅(qū)動(dòng)力矩遠(yuǎn)小于限制驅(qū)動(dòng)力矩，滿足功能要求。

【參考文獻(xiàn)】

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