復(fù)合材料機(jī)翼翼根處后梁連接研究

趙艷秦

中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 ?沈陽(yáng) ?110000（AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.，Shenyang 110000）

摘要：本篇論文針對(duì)某機(jī)型的復(fù)合材料外翼翼根處后梁連接做了詳細(xì)的描述，包括中央翼后梁和豎十字接頭的連接形式，外翼后梁和豎十字接頭的連接形式和翼根處密封設(shè)計(jì)等等，因?yàn)橐砀幨峭庖怼⒅醒胍砗椭袡C(jī)身界面位置，是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)也是重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：翼根連接;對(duì)接;搭接;角盒

1概述

復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上使用比例越來(lái)越高，某復(fù)合材料機(jī)翼盒段結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高結(jié)構(gòu)效率、高可靠性、長(zhǎng)壽命和低全壽命期費(fèi)用。在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，相比某飛機(jī)外翼盒段上下壁板、前梁、后梁金屬的結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料外翼盒段上下壁板、前梁、后梁T800級(jí)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減重15%（即290 kg）的目標(biāo)。滿足6萬(wàn)架次飛行起落，9萬(wàn)飛行小時(shí)，30日歷年的經(jīng)濟(jì)修理壽命要求。滿足A檢間隔1000飛行起落，C檢間隔2.5年，D檢間隔10年的檢測(cè)間隔要求，較飛機(jī)金屬機(jī)翼盒段的檢測(cè)間隔延長(zhǎng)一倍半滿足維護(hù)成本和直接運(yùn)營(yíng)成本（DOC）較金屬機(jī)翼盒段有所降低的要求。某復(fù)合材料機(jī)翼設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、制造和裝配工藝等等部門的共同努力下取得初步成功的設(shè)計(jì)。

2 后梁翼根處設(shè)計(jì)方案

2.1后梁設(shè)計(jì)方案一

后梁翼根設(shè)計(jì)方案一見(jiàn)圖1，外翼后梁和垂直十字接頭采用的是對(duì)接方案，中央翼后梁和垂直十字接頭采用的是搭接方案，十字接頭是鈦合金鍛件，四個(gè)拉伸接頭采用的鈦合金材料，中央翼和外翼的梁采用的是復(fù)合材料。

從圖1可以看到因?yàn)榻宇^機(jī)加階差問(wèn)題，梁外翼上凸緣本來(lái)對(duì)接方案改成了搭接，梁緣條伸入到角盒上側(cè)。由于梁腹板和凸緣不是停止在同一個(gè)位置，梁腹板在與梁凸緣交界切除會(huì)產(chǎn)生復(fù)合材料分層。從強(qiáng)度和制造兩方面考慮都不是最佳的設(shè)計(jì)方案，從圖1中可以看到，四個(gè)角盒采用的都是斜面代替的臺(tái)階，這可能會(huì)在裝配時(shí)增加協(xié)調(diào)墊片，增加裝配工時(shí)。

2. 2后梁設(shè)計(jì)方案二

后梁翼根設(shè)計(jì)方案二見(jiàn)圖2，外翼后梁和垂直十字接頭與采用的是對(duì)接方案，中央翼后梁和垂直三叉接頭采用的是搭接方案，四個(gè)拉伸接頭采用的鈦合金材料。從圖2中可以看到四個(gè)拉伸接頭設(shè)計(jì)概念從斜坡改成了機(jī)加臺(tái)階。中央翼盒下拉伸角盒和水平三叉接頭連接處綜合考慮參照某成熟機(jī)型的設(shè)計(jì)方案，中央翼后梁下凸緣盒下水平三叉接頭改為對(duì)接方案，這個(gè)方案的更改時(shí)因?yàn)閷?duì)接區(qū)位置兩側(cè)設(shè)計(jì)方案的不同，造成了水平三叉接頭設(shè)計(jì)困難，為了不讓水平三叉接頭在中央翼后梁位置一邊切掉或者做下陷，這樣對(duì)接方區(qū)域的中央翼和外翼后梁下凸緣設(shè)計(jì)方案相同。

2.3后梁設(shè)計(jì)方案三

后梁翼根設(shè)計(jì)方案三如圖3所示：

外翼上角盒、外翼下角盒、中央翼上角盒和中央翼下角盒材料均采用的是7050-T7451材料，采用鋁合金材料是為了降低接頭機(jī)加階差。裝配時(shí)鋁合金比鈦合金工藝性要好，比較容易銼修。垂直十字接頭采用鈦合金材料，中央翼后梁和外翼后梁是復(fù)合材料。

3外翼和中央翼梁腹板和垂直十字接頭連接

從圖3可看，垂直十字接頭和外翼后梁腹板對(duì)接、和中央翼后梁腹板搭接、與一號(hào)肋搭接同時(shí)和機(jī)身框也是搭接，圖4看到垂直十字接頭與梁對(duì)接時(shí)，要保證外翼后梁腹板和垂直十字接頭中性面對(duì)齊。外翼下角盒同時(shí)坐在垂直十字接頭和梁腹板面上。圖5看到垂直十字接頭和中央翼后梁是搭接方案，中央翼下角盒直接坐在十字接頭上。垂直十字接頭材料是鈦合金鍛件。

4對(duì)接帶板

圖6 是后梁對(duì)接帶板的設(shè)計(jì)，外翼后梁腹板和垂直十字接頭是對(duì)接方案，通過(guò)對(duì)接帶板連接梁腹板和垂直十字接頭。后梁的材料是復(fù)合材料，垂直十字接頭材料是鈦合金。設(shè)計(jì)要求梁腹板中性層和垂直十字接頭的中性面要在一個(gè)面上，且材料的不一致，外翼后梁復(fù)合材料厚，十字接頭鈦合金材料薄，對(duì)接帶板分別和兩個(gè)零件連接，造成對(duì)接帶板帶有下陷。

5外翼和中央翼下角盒設(shè)計(jì)

圖7外翼下角盒做為連接件，其腹板連接梁腹板和垂直十字接頭，凸緣連接梁凸緣和水平三叉接頭，都采用的是對(duì)接方案。中央翼下角盒是在中央翼側(cè)連接垂直十字接頭和水平三叉接頭的連接件，水平三叉接頭和中央翼梁凸緣設(shè)計(jì)方案和外翼側(cè)一樣是對(duì)接，而中央翼后梁腹板和垂直十字接頭之間是搭接。水平三叉接頭和中央翼梁凸緣不能采用搭接，因?yàn)樗饺娼宇^外側(cè)面和后梁凸緣外側(cè)面是一個(gè)面，如果梁凸緣不開(kāi)缺口，那么水平三叉接頭就得開(kāi)缺口，這樣造成水平三叉接頭兩側(cè)設(shè)計(jì)概念不一樣，導(dǎo)致水平三叉接頭兩側(cè)受力情況不一樣。為了不在水平三叉接頭上開(kāi)缺口而把水平三叉接頭和中央翼后梁凸緣位置改為對(duì)接方案，中央翼后梁下角盒設(shè)計(jì)方案和外翼下角盒設(shè)計(jì)方案相似。

6外翼和中央翼上角盒設(shè)計(jì)

圖8外翼上角盒做為連接件，其腹板連接梁腹板和垂直十字接頭，梁凸緣和上壁板的長(zhǎng)桁底邊也是對(duì)接形式用外翼上角盒的凸緣連接。外翼后梁的上凸緣和腹板與垂直十字接頭和長(zhǎng)桁底邊采用對(duì)接形式。中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式。

中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式，通過(guò)圖 10 B-B剖面圖，中央翼壁板的長(zhǎng)桁底邊沒(méi)有和角盒凸緣連接。

7結(jié)束語(yǔ)

翼根設(shè)計(jì)是中央翼盒和飛機(jī)外翼直接連接，這個(gè)位置的設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn)之一，界面復(fù)雜，連接件多且裝配問(wèn)題突出，如何合理的設(shè)計(jì)翼根連接件對(duì)減少裝配工時(shí)和減少零件銼修也是設(shè)計(jì)要求之一。