大型民用飛機后緣襟翼限位結構設計

楊其　吳昊　王明義　劉力搏　劉建剛　陸凱華

【摘 要】本文通過大型民用飛機襟翼與機翼盒段的變形協調分析，研究通過限位的方法對襟翼的變形進行協調控制，以減小機翼盒段和襟翼之間的協調變形載荷，為后續民機設計提供了參考。

【關鍵詞】后緣襟翼；運動機構；變形控制

中圖分類號： V224.5 文獻標識碼： A 文章編號： 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

大型民用飛機在機翼的前后緣一般采用諸如襟縫翼、擾流板及副翼等活動翼面，通過改變機翼的形狀，控制機翼升力和阻力的分布，以達到增升減阻、提升操縱性能的目的。大型民機襟翼與周邊結構的典型關系如圖1所示[1]。機翼盒段為機翼的主承力部位，承受空中載荷和地面載荷。機翼的內外襟翼艙位于機翼的固定后緣區域，分別對應于內襟翼和外襟翼。根據飛行操控需要，在內襟翼艙和外襟翼艙部分區域布置有地面擾流板和多功能擾流板。機翼盒段和活動翼面在承受載荷時會發生變形，由于承載形式和剛度的不一致使得兩者變形不一致，產生相對位移。在某些工況下，襟翼向上變形會對固定后緣內外襟翼艙和擾流板產生相互作用，作用力超過結構的承載能力將產生破壞，對飛行安全造成不利影響。

目前國內對于襟翼運動機構的設計仿真研究較多[2-4]，但缺乏對于襟翼與機翼盒段變形協調情況的研究。國內傳統飛機設計中，活動翼面和主機翼各自關注自身部件的設計，對相互關聯的影響及約束控制少有說明。

本文通過對大型民用飛機襟翼與機翼盒段間的變形協調分析，研究通過限位的方法對襟翼的變形進行協調控制，以減小固定后緣和活動翼面之間的協調變形載荷，為后續大型民用飛機設計提供了參考。

1 設計目標

為了降低后緣襟翼與固定后緣之間的協調變形，可以考慮在初始設計時對襟翼與機翼盒段進行剛度匹配，但是考慮到襟翼和機翼盒段在初始設計時剛度匹配并非優先考慮設計輸入，剛度也無法做到完全匹配使得協調變形消失，并且剛度匹配設計可能帶來重量上的增加。因此設計限位結構以控制襟翼與機翼盒段的協調變形十分必要。

后緣襟翼限位結構的設計目標如下：

（1）保證在較大過載情況下襟翼與機翼盒段的協調變形受控，襟翼能夠自由收放；

（2）在滿足氣動外形、強度、剛度等要求的情況下結構重量最輕；

（3）襟翼收放過程中接觸力盡可能小，襟翼滑軌驅動力應低于操縱機構的限制驅動力矩以減輕操縱機構的負擔；

（4）滿足維修性、防腐蝕、減小檢查間隔的要求。

2 計算模型

后緣襟翼的運動非常復雜，襟翼在運動過程中除了受到操縱機構施加的操縱力外，還需要考慮氣流吹過襟翼產生的氣動力、機翼盒段變形傳遞過來的協調變形載荷、限位結構上的接觸力等。為此我們運用多體動力學的方法建立了襟翼與機翼盒段的計算模型，考慮了襟翼在機翼上的連接形式和運動過程中的各項載荷，模型情況如圖2所示。

同時，建立襟翼限位滾輪與限位結構接觸分析細節模型，以模擬襟翼運動過程中接觸力的變化情況，模型情況如圖3所示。

3 計算結果

經過分析優化，對限位結構進行修形，使得襟翼滾輪與限位結構的接觸力平穩變化，有利于提高零件的疲勞壽命。襟翼滾輪與限位結構的接觸力值曲線如圖4所示。

對襟翼滑軌驅動力矩進行分析，結果如圖5所示。其中，紅色虛線是有限位結構接觸的驅動曲線，藍色實現是無限位結構接觸的驅動曲線。可見襟翼收放過程中滑軌驅動力矩平滑過渡，限位結構的存在使得放下初始驅動力矩增大，但比襟翼完全放下時的驅動力矩和限制驅動力矩小很多，滿足功能要求。

4 結語

本文通過對大型民機機翼與機翼盒段的變形協調過程進行分析研究，采用結構限位的方式對協調變形進行控制，通過多體動力學的方法對限位結構進行了優化設計，使襟翼限位滾輪與限位結構的接觸力平穩變化，提高零件的疲勞壽命，同時襟翼滑軌的驅動力矩遠小于限制驅動力矩，滿足功能要求。

【參考文獻】

[1]王一飛，李慶飛，陳建華，等.大型客機復合材料襟翼剛度設計技術[J]，2016，（19）：88-92.

[2]儀志勝，何景武.民用飛機后緣襟翼機構設計仿真計算研究[J].飛機設計，2010，30（1）：43-46.

[3]嚴少波，黃建國.飛機后緣襟翼運動同步性設計和計算[J].民用飛機設計與研究，2011，（1）：20-32.

[4]郭仕賢.后緣襟翼運動機構設計與數學分析[J].科技創新導報，2012，（29）：185-187.