變彎度機翼后緣滑槽耳片連接設(shè)計與驗證

摘 要：當(dāng)前民用飛機的變彎度機翼主要通過機械式驅(qū)動實現(xiàn)機翼變形。在變彎度機翼后緣變形時，機翼蒙皮與驅(qū)動機構(gòu)中驅(qū)動桿的相對位置關(guān)系會發(fā)生變化，往往導(dǎo)致驅(qū)動機構(gòu)與蒙皮變形不協(xié)調(diào)問題。為滿足變彎度機翼后緣變形設(shè)計要求，本文提出一種驅(qū)動機構(gòu)與蒙皮的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以實現(xiàn)變彎度機翼后緣變形協(xié)調(diào)。通過建立變彎度機翼后緣驅(qū)動機構(gòu)運動模型，分析了變彎度機翼后緣在偏轉(zhuǎn)過程中驅(qū)動機構(gòu)與蒙皮連接點處機構(gòu)點的運動特性，獲得了機構(gòu)點與蒙皮的相對位置關(guān)系。進(jìn)而，通過研究蒙皮耳片開槽形式和開槽方法，對耳片及滑槽進(jìn)行了設(shè)計。最后，通過對研制的變彎度機翼后緣試驗樣件開展變形和承載功能試驗，驗證了滑槽耳片設(shè)計方案可滿足機翼變彎過程中的氣動外形要求和承載能力要求。

關(guān)鍵詞：變彎度機翼； 后緣； 滑槽耳片； 設(shè)計與驗證

中圖分類號：V224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.12.002

變彎度機翼可以通過調(diào)整機翼翼型的彎度滿足飛機最佳氣動要求，提高飛機飛行效率，達(dá)到降低燃油消耗、降低噪聲的作用[1-4]。目前國內(nèi)外形成的變彎度機翼后緣結(jié)構(gòu)方案有剛性多指節(jié)后緣、基于剛?cè)狁詈系暮缶壏桨竅5-6]等。與機翼前緣不同，機翼后緣形狀為細(xì)長形，并且從設(shè)計、工程制造方面考慮，機翼后緣蒙皮需分為上蒙皮和下蒙皮。從翼型剖面來看，變彎度機翼后緣在下偏過程中，后緣上蒙皮、后緣下蒙皮的彎度會發(fā)生變化，并且大部分情況伴隨蒙皮弦向長度的變化。上、下蒙皮變彎過程中的彎度和長度變化的解決方案有特殊彈性材料的柔性蒙皮、自適應(yīng)蜂窩結(jié)構(gòu)柔性蒙皮[7]、波紋結(jié)構(gòu)柔性蒙皮、蒙皮與后緣主機構(gòu)的柔性鉸鏈連接[6]等。上述方案是一種創(chuàng)新，尚處于技術(shù)探索和研究階段，還有很多難點需要解決。

在機械設(shè)計中，為解決機構(gòu)變形協(xié)調(diào)問題，多種多樣的變形結(jié)構(gòu)或運動連接形式被使用。其中，滑槽或滑塊方案在機械設(shè)計中實現(xiàn)機械傳動并補償剛?cè)狁詈系淖冃螀f(xié)調(diào)被廣泛應(yīng)用。針對傳統(tǒng)撲翼飛行器機翼拍打存在相位差的問題，一種使用曲柄滑槽機構(gòu)傳動的撲翼飛行器被設(shè)計[8]出來。陳秀等[9]提出了一種新型搖塊滑槽式少齒差輸出機構(gòu)，并通過運動學(xué)建模對其運動規(guī)律進(jìn)行了分析。李啟等[10]針對目前折翼飛行器折疊機構(gòu)較少和折疊幅度小的問題，通過改進(jìn)曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計了一款能夠大幅度折疊和展開的折疊翼機構(gòu)。

針對變彎度機翼后緣在下偏過程中，后緣上、下蒙皮與后緣機構(gòu)的相對位置發(fā)生變化，為了保證機構(gòu)運動與蒙皮變形相協(xié)調(diào)，同時考慮后緣整體對結(jié)構(gòu)剛度的要求，本文提出了一種技術(shù)成熟度較高的后緣機構(gòu)與蒙皮的連接形式，即基于滑槽的連接形式。

1 研究背景

在變彎度機翼技術(shù)研究過程中，針對變彎度機翼后緣提出了多種設(shè)計方案，包含多指節(jié)方案、偏心梁方案[11]、基于剛性機構(gòu)的剛?cè)狁詈戏桨福▌傂詸C構(gòu)與蒙皮之間采用柔性連接）等，并且分別對上述方案進(jìn)行了驗證。在方案驗證和改進(jìn)過程中，本文以基于剛性機構(gòu)的剛?cè)狁詈戏桨笧榛鶞?zhǔn)方案，衍生出一種后緣剛性機構(gòu)與蒙皮連接的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新性地采用滑槽耳片結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)機構(gòu)與后緣上、下蒙皮的連接，為解決后緣機構(gòu)與蒙皮的運動協(xié)調(diào)提供了一種思路。