飞机襟翼展开机构设计与分析

郑 红

（温州职业技术学院，温州 325035）

在飞机起飞或降落的一段时间内，飞机的飞行速度很低，这种状况直接导致飞机的升力下降或不足，飞机就会有坠落的风险，为了在起飞或降落期间临时增加飞机的升力，就出现了襟翼这种设计。飞机在高空正常巡航飞行时，机翼看上去就像一个整体，其实机翼前缘、后缘都装有长短、宽度不同的翼片，有的可向下偏转，有的可向前伸出，有的可向后滑退。这些翼片就像衣服下襟随风摆动一样，科学家给它起了一个十分形象的名称——襟翼。飞机停在机场或在高空巡航飞行时，襟翼都收拢在机翼前缘或后缘上，对飞机的飞行速度无影响。在飞机起飞或降落的特殊时段内，襟翼必须动作，在操纵机构的带动下襟翼向后下方偏转，增大机翼的弯度，提高飞机的上升力。因为襟翼操纵机构所占空间位置较大，且只对襟翼收起与放下两个工作位置有要求，但位置精度要求不高，对襟翼展开动作过程基本无要求，所以襟翼操纵机构选择连杆机构，采用液压驱动。飞机襟翼展开机构外观如图1所示，飞机襟翼展开机构机械结构如图2所示。

图1 飞机襟翼展开机构外观图

图2 飞机襟翼展开机构机械结构图

1 飞机襟翼展开机构设计

飞机襟翼展开机构设计原始数据如图3所示，襟翼操纵机构连杆CB的长度根据机翼空间位置构造确定为850mm，襟翼叠起收藏和放下偏转两个工作位置C1B1、C2B2，即确定了连杆机构两个运动铰链B铰、C铰的位置，B铰、C铰安装在襟翼允许安装的空间内。C1B1以上空间位置为机翼，连杆机构的两个固定铰链A铰、D铰安装在机翼允许安装的空间内。根据飞机襟翼展开机构设计原始数据及机翼空间位置状况，本连杆机构设计成双摇杆机构，双摇杆机构既能满足襟翼展开工作要求，又最节省空间，从机构传动动力学及运动学观点出发，要求双摇杆机构最小传动角≥40°。飞机襟翼展开双摇杆机构设计作图步骤如下，设计结果如图4所示。

图3 飞机襟翼展开机构设计原始数据

图4 飞机襟翼展开机构设计图

首先确定双摇杆机构连杆C1B1、C2B2的两个工作位置及长度；连接直线C1c2、B1B2，分别作直线C1c2、B1B2的中垂线M、N；将直线C1B1围绕C1点逆时针转过50°（为了保证机构的最小传动角≥40°），并与中垂线M交于D铰，即∠B1c1D=50°，此角度即为飞机襟翼展开机构处于收起位置时的传动角；过D铰作水平线，水平线与中垂线N交于A铰，连接AB1c1D，连杆C1B1即为飞机襟翼收起位置，连接AB2c2D，连杆C2B2即为飞机襟翼放下位置；测量飞机襟翼展开机构各杆件长度及传动角。

2 飞机襟翼展开机构验证

从飞机襟翼展开双摇杆机构设计图中，人们得知主动摇杆AB工作摆角范围为35.1°～60.5°，四杆机构各杆件长度 AB=a=4039.19mm，BC=b=850mm，CD=c=2894.71mm，AD=d=2570.65mm，其中机构最短杆与最长杆之和为4889.19mm，其余中间两杆长度之和为5465.36mm，因为4889.19mm＜5465.36mm，且最短杆BC的对边AD做机架，所以该机构确证为双摇杆机构。

接下来验证此机构的最小传动角，襟翼收起位置AB1c1D，主动摇杆AB与机架AD的角度为35.1°，传动角为50°；襟翼放下位置AB2c2D，主动摇杆AB与机架AD的角度为60.5°，传动角为180°-137.1°=42.9°，满足飞机襟翼展开机构设计最小传动角≥40°的要求。

最后要求验证飞机襟翼展开机构的两个工作位置AB1c1d（襟翼收起位置）、AB2c2D（襟翼放下位置）是否在双摇杆机构左右极限位置之内，该双摇杆机构是以连杆BC为最短杆，连杆BC做的是平面复杂运动，连杆BC本身能够做360°回转。双摇杆机构主动摇杆AB摆角极限位置由两次共线位置决定，一次是主动摇杆AB与连杆BC共线，通过解析法可以计算出角度角度Ψ0，另一次是摇杆CD与连杆BC共线，通过解析法可以计算出角度φm，如图5所示。

由式（1）、式（2）可得：φm=64.6°，Ψ0=53.2°。

飞机襟翼展开机构在襟翼收起位置时，主动摇杆AB工作摆角∠B1AD=35.1°，而双摇杆机构主动摇杆AB左极限摆角为∠B3AD=28.3°，此时主动摇杆AB与连杆BC共线，即AB3c3D，主动摇杆AB左极限位置由角度Ψ0=53.2°决定，可以判断飞机襟翼展开机构在襟翼收起位置时处于双摇杆机构主动摇杆AB左极限位置之内。飞机襟翼展开机构在襟翼放下位置时，主动摇杆AB工作摆角∠B2AD=60.5°，双摇杆机构主动摇杆AB右极限摆角为∠B4AD=64.6°，此时摇杆CD与连杆BC共线，即AB4c4D，主动摇杆AB右极限位置由角度φm=64.6°决定，可以判断飞机襟翼展开机构在襟翼放下位置时处于双摇杆机构在主动摇杆AB右极限位置之内，如图6所示。

通过上述设计分析计算，用CAD绘制飞机襟翼展开机构装配图，装配图以襟翼展开机构工作位置绘制。设计工作完成后，经模拟样机试制使用效果良好，如果操纵机构连杆横截面积再大点，机构稳定性会更好，连杆的强度、刚度也更高；如果操纵机构连杆长度再短点，机翼空间位置更加充裕；如果双摇杆机构最小传动角能够控制在50°以上，机构的传动动力性能更优。

图5 双摇杆机构左右极限位置

图6 主动摇杆AB摆角极限位置