飛機襟翼展開機構設計與分析

鄭 紅

（溫州職業技術學院，溫州 325035）

在飛機起飛或降落的一段時間內，飛機的飛行速度很低，這種狀況直接導致飛機的升力下降或不足，飛機就會有墜落的風險，為了在起飛或降落期間臨時增加飛機的升力，就出現了襟翼這種設計。飛機在高空正常巡航飛行時，機翼看上去就像一個整體，其實機翼前緣、后緣都裝有長短、寬度不同的翼片，有的可向下偏轉，有的可向前伸出，有的可向后滑退。這些翼片就像衣服下襟隨風擺動一樣，科學家給它起了一個十分形象的名稱——襟翼。飛機停在機場或在高空巡航飛行時，襟翼都收攏在機翼前緣或后緣上，對飛機的飛行速度無影響。在飛機起飛或降落的特殊時段內，襟翼必須動作，在操縱機構的帶動下襟翼向后下方偏轉，增大機翼的彎度，提高飛機的上升力。因為襟翼操縱機構所占空間位置較大，且只對襟翼收起與放下兩個工作位置有要求，但位置精度要求不高，對襟翼展開動作過程基本無要求，所以襟翼操縱機構選擇連桿機構，采用液壓驅動。飛機襟翼展開機構外觀如圖1所示，飛機襟翼展開機構機械結構如圖2所示。

圖1 飛機襟翼展開機構外觀圖

圖2 飛機襟翼展開機構機械結構圖

1 飛機襟翼展開機構設計

飛機襟翼展開機構設計原始數據如圖3所示，襟翼操縱機構連桿CB的長度根據機翼空間位置構造確定為850mm，襟翼疊起收藏和放下偏轉兩個工作位置C1B1、C2B2，即確定了連桿機構兩個運動鉸鏈B鉸、C鉸的位置，B鉸、C鉸安裝在襟翼允許安裝的空間內。C1B1以上空間位置為機翼，連桿機構的兩個固定鉸鏈A鉸、D鉸安裝在機翼允許安裝的空間內。根據飛機襟翼展開機構設計原始數據及機翼空間位置狀況，本連桿機構設計成雙搖桿機構，雙搖桿機構既能滿足襟翼展開工作要求，又最節省空間，從機構傳動動力學及運動學觀點出發，要求雙搖桿機構最小傳動角≥40°。飛機襟翼展開雙搖桿機構設計作圖步驟如下，設計結果如圖4所示。

圖3 飛機襟翼展開機構設計原始數據

圖4 飛機襟翼展開機構設計圖

首先確定雙搖桿機構連桿C1B1、C2B2的兩個工作位置及長度；連接直線C1c2、B1B2，分別作直線C1c2、B1B2的中垂線M、N；將直線C1B1圍繞C1點逆時針轉過50°（為了保證機構的最小傳動角≥40°），并與中垂線M交于D鉸，即∠B1c1D=50°，此角度即為飛機襟翼展開機構處于收起位置時的傳動角；過D鉸作水平線，水平線與中垂線N交于A鉸，連接AB1c1D，連桿C1B1即為飛機襟翼收起位置，連接AB2c2D，連桿C2B2即為飛機襟翼放下位置；測量飛機襟翼展開機構各桿件長度及傳動角。

2 飛機襟翼展開機構驗證

從飛機襟翼展開雙搖桿機構設計圖中，人們得知主動搖桿AB工作擺角范圍為35.1°～60.5°，四桿機構各桿件長度 AB=a=4039.19mm，BC=b=850mm，CD=c=2894.71mm，AD=d=2570.65mm，其中機構最短桿與最長桿之和為4889.19mm，其余中間兩桿長度之和為5465.36mm，因為4889.19mm＜5465.36mm，且最短桿BC的對邊AD做機架，所以該機構確證為雙搖桿機構。

接下來驗證此機構的最小傳動角，襟翼收起位置AB1c1D，主動搖桿AB與機架AD的角度為35.1°，傳動角為50°；襟翼放下位置AB2c2D，主動搖桿AB與機架AD的角度為60.5°，傳動角為180°-137.1°=42.9°，滿足飛機襟翼展開機構設計最小傳動角≥40°的要求。

最后要求驗證飛機襟翼展開機構的兩個工作位置AB1c1d（襟翼收起位置）、AB2c2D（襟翼放下位置）是否在雙搖桿機構左右極限位置之內，該雙搖桿機構是以連桿BC為最短桿，連桿BC做的是平面復雜運動，連桿BC本身能夠做360°回轉。雙搖桿機構主動搖桿AB擺角極限位置由兩次共線位置決定，一次是主動搖桿AB與連桿BC共線，通過解析法可以計算出角度角度Ψ0，另一次是搖桿CD與連桿BC共線，通過解析法可以計算出角度φm，如圖5所示。

由式（1）、式（2）可得：φm=64.6°，Ψ0=53.2°。

飛機襟翼展開機構在襟翼收起位置時，主動搖桿AB工作擺角∠B1AD=35.1°，而雙搖桿機構主動搖桿AB左極限擺角為∠B3AD=28.3°，此時主動搖桿AB與連桿BC共線，即AB3c3D，主動搖桿AB左極限位置由角度Ψ0=53.2°決定，可以判斷飛機襟翼展開機構在襟翼收起位置時處于雙搖桿機構主動搖桿AB左極限位置之內。飛機襟翼展開機構在襟翼放下位置時，主動搖桿AB工作擺角∠B2AD=60.5°，雙搖桿機構主動搖桿AB右極限擺角為∠B4AD=64.6°，此時搖桿CD與連桿BC共線，即AB4c4D，主動搖桿AB右極限位置由角度φm=64.6°決定，可以判斷飛機襟翼展開機構在襟翼放下位置時處于雙搖桿機構在主動搖桿AB右極限位置之內，如圖6所示。

通過上述設計分析計算，用CAD繪制飛機襟翼展開機構裝配圖，裝配圖以襟翼展開機構工作位置繪制。設計工作完成后，經模擬樣機試制使用效果良好，如果操縱機構連桿橫截面積再大點，機構穩定性會更好，連桿的強度、剛度也更高；如果操縱機構連桿長度再短點，機翼空間位置更加充裕；如果雙搖桿機構最小傳動角能夠控制在50°以上，機構的傳動動力性能更優。

圖5 雙搖桿機構左右極限位置

圖6 主動搖桿AB擺角極限位置