大型民用飞机后缘襟翼限位结构设计

杨其　吴昊　王明义　刘力搏　刘建刚　陆凯华

【摘 要】本文通过大型民用飞机襟翼与机翼盒段的变形协调分析，研究通过限位的方法对襟翼的变形进行协调控制，以减小机翼盒段和襟翼之间的协调变形载荷，为后续民机设计提供了参考。

【关键词】后缘襟翼；运动机构；变形控制

中图分类号： V224.5 文献标识码： A 文章编号： 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

大型民用飞机在机翼的前后缘一般采用诸如襟缝翼、扰流板及副翼等活动翼面，通过改变机翼的形状，控制机翼升力和阻力的分布，以达到增升减阻、提升操纵性能的目的。大型民机襟翼与周边结构的典型关系如图1所示[1]。机翼盒段为机翼的主承力部位，承受空中载荷和地面载荷。机翼的内外襟翼舱位于机翼的固定后缘区域，分别对应于内襟翼和外襟翼。根据飞行操控需要，在内襟翼舱和外襟翼舱部分区域布置有地面扰流板和多功能扰流板。机翼盒段和活动翼面在承受载荷时会发生变形，由于承载形式和刚度的不一致使得两者变形不一致，产生相对位移。在某些工况下，襟翼向上变形会对固定后缘內外襟翼舱和扰流板产生相互作用，作用力超过结构的承载能力将产生破坏，对飞行安全造成不利影响。

目前国内对于襟翼运动机构的设计仿真研究较多[2-4]，但缺乏对于襟翼与机翼盒段变形协调情况的研究。国内传统飞机设计中，活动翼面和主机翼各自关注自身部件的设计，对相互关联的影响及约束控制少有说明。

本文通过对大型民用飞机襟翼与机翼盒段间的变形协调分析，研究通过限位的方法对襟翼的变形进行协调控制，以减小固定后缘和活动翼面之间的协调变形载荷，为后续大型民用飞机设计提供了参考。

1 设计目标

为了降低后缘襟翼与固定后缘之间的协调变形，可以考虑在初始设计时对襟翼与机翼盒段进行刚度匹配，但是考虑到襟翼和机翼盒段在初始设计时刚度匹配并非优先考虑设计输入，刚度也无法做到完全匹配使得协调变形消失，并且刚度匹配设计可能带来重量上的增加。因此设计限位结构以控制襟翼与机翼盒段的协调变形十分必要。

后缘襟翼限位结构的设计目标如下：

（1）保证在较大过载情况下襟翼与机翼盒段的协调变形受控，襟翼能够自由收放；

（2）在满足气动外形、强度、刚度等要求的情况下结构重量最轻；

（3）襟翼收放过程中接触力尽可能小，襟翼滑轨驱动力应低于操纵机构的限制驱动力矩以减轻操纵机构的负担；

（4）满足维修性、防腐蚀、减小检查间隔的要求。

2 计算模型

后缘襟翼的运动非常复杂，襟翼在运动过程中除了受到操纵机构施加的操纵力外，还需要考虑气流吹过襟翼产生的气动力、机翼盒段变形传递过来的协调变形载荷、限位结构上的接触力等。为此我们运用多体动力学的方法建立了襟翼与机翼盒段的计算模型，考虑了襟翼在机翼上的连接形式和运动过程中的各项载荷，模型情况如图2所示。

同时，建立襟翼限位滚轮与限位结构接触分析细节模型，以模拟襟翼运动过程中接触力的变化情况，模型情况如图3所示。

3 计算结果

经过分析优化，对限位结构进行修形，使得襟翼滚轮与限位结构的接触力平稳变化，有利于提高零件的疲劳寿命。襟翼滚轮与限位结构的接触力值曲线如图4所示。

对襟翼滑轨驱动力矩进行分析，结果如图5所示。其中，红色虚线是有限位结构接触的驱动曲线，蓝色实现是无限位结构接触的驱动曲线。可见襟翼收放过程中滑轨驱动力矩平滑过渡，限位结构的存在使得放下初始驱动力矩增大，但比襟翼完全放下时的驱动力矩和限制驱动力矩小很多，满足功能要求。

4 结语

本文通过对大型民机机翼与机翼盒段的变形协调过程进行分析研究，采用结构限位的方式对协调变形进行控制，通过多体动力学的方法对限位结构进行了优化设计，使襟翼限位滚轮与限位结构的接触力平稳变化，提高零件的疲劳寿命，同时襟翼滑轨的驱动力矩远小于限制驱动力矩，满足功能要求。

【参考文献】

[1]王一飞，李庆飞，陈建华，等.大型客机复合材料襟翼刚度设计技术[J]，2016，（19）：88-92.

[2]仪志胜，何景武.民用飞机后缘襟翼机构设计仿真计算研究[J].飞机设计，2010，30（1）：43-46.

[3]严少波，黄建国.飞机后缘襟翼运动同步性设计和计算[J].民用飞机设计与研究，2011，（1）：20-32.

[4]郭仕贤.后缘襟翼运动机构设计与数学分析[J].科技创新导报，2012，（29）：185-187.