楊粉蓉 凡玉 李鵬

【摘 要】平尾前緣是指沿弦向位于平尾盒段前梁之前的非活動(dòng)翼面結(jié)構(gòu)部分，主要布置有結(jié)構(gòu)隔板、除冰系統(tǒng)、液壓管路、電氣電纜等。本文主要介紹了民用飛機(jī)平尾前緣布置原則和影響因素，為民用飛機(jī)平尾前緣布置提供了設(shè)計(jì)方法和思路。

【關(guān)鍵詞】平尾；前緣；布置

中圖分類(lèi)號(hào)： V216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）28-0085-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.28.038

【Abstract】Horizontal stabilizer leading edge is the non-movable structure which is located in front of the spar box. The structural rib，deicing system，hydraulic pipes and electric cable are installed in/on the leading edge.This paper mainly introduces the layout design principle and influencing factors of civil aircraft horizontal stabilizer leading edge， and provides design methods and thoughts for the civil aircraft horizontal stabilizer leading edge layout.

【Key words】Horizontal stabilizer；Leading edge；Layout

0 引言

民用飛機(jī)水平尾翼按區(qū)域分為前緣、盒段、后緣和升降舵；平尾前緣指沿弦向位于平尾盒段前梁之前的非活動(dòng)翼面結(jié)構(gòu)部分。平尾前緣主要受氣動(dòng)載荷和慣性載荷，不參與平尾總體受力；主要功能為保持氣動(dòng)外形，減小飛機(jī)阻力，保護(hù)主承力結(jié)構(gòu)避免受到?jīng)_擊損傷[1，2]。

平尾前緣布置的重點(diǎn)是考慮前緣抗鳥(niǎo)撞要求和除冰要求。為滿(mǎn)足前緣抗鳥(niǎo)撞要求，平尾前緣結(jié)構(gòu)中常布置有密肋結(jié)構(gòu)（如圖1）、附加蒙皮結(jié)構(gòu)（如圖2）或者斜梁結(jié)構(gòu)（如圖3）。為滿(mǎn)足前緣除冰要求，前緣內(nèi)部都布置有除冰系統(tǒng)。為了不影響盒段主結(jié)構(gòu)的整體傳力要求，液壓管路及EWIS電纜布置常穿過(guò)前緣[3-6]。

平尾前緣空間不大但作用十分關(guān)鍵，在飛機(jī)設(shè)計(jì)初期，需從總體的角度出發(fā)，全面考慮相關(guān)專(zhuān)業(yè)要求，合理布置，以滿(mǎn)足飛機(jī)最佳性能，并以飛機(jī)適航取證為最終目標(biāo)。

1 布置原則

民用飛機(jī)平尾前緣是滿(mǎn)足平尾抗鳥(niǎo)撞要求和除冰要求的重要區(qū)域，對(duì)其內(nèi)部各系統(tǒng)設(shè)備及元件進(jìn)行布置設(shè)計(jì)的目標(biāo)與原則如下：

1）滿(mǎn)足抗鳥(niǎo)撞要求；

2）滿(mǎn)足除冰系統(tǒng)安裝要求；

3）前緣內(nèi)的液壓管路、電氣設(shè)備及電纜布置必須確保安全性、可靠性和可維護(hù)性，滿(mǎn)足相關(guān)適航條款要求。

2 布置設(shè)計(jì)要求

民用飛機(jī)平尾前緣在總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在符合CCAR-25-R4適航條款要求的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足總體設(shè)計(jì)要求及其他相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

2.1 適航要求

平尾前緣布置設(shè)計(jì)時(shí)，所有的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)安裝均要滿(mǎn)足以下適航條款要求：

1）CCAR 25.301 載荷；

2）CCAR 25.303 安全系數(shù)；

3）CCAR 25.581 閃電防護(hù)；

4）CCAR 25.609 結(jié)構(gòu)保護(hù)；

5）CCAR 25.611 可達(dá)性措施；

6）CCAR 25.631 鳥(niǎo)撞損傷；

7）CCAR 25.869 系統(tǒng)防火；

8）CCAR 25.1301 功能和安裝；

9）CCAR 25.1309 設(shè)備、系統(tǒng)及安裝；

10）CCAR 25.1316 系統(tǒng)閃電防護(hù)；

11）CCAR 25.1353 電氣設(shè)備及安裝；

12）CCAR 25.1431 電子設(shè)備；

13）CCAR 25.1435 液壓系統(tǒng)。

2.2 總體布置要求

1）滿(mǎn)足平尾前緣抗鳥(niǎo)撞要求；

2）滿(mǎn)足除冰系統(tǒng)安裝與維護(hù)要求；

3）飛機(jī)內(nèi)部設(shè)備、系統(tǒng)配置原則上服從于結(jié)構(gòu)主受力件布置。

2.3 平尾前緣抗鳥(niǎo)撞要求

尾翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須保證飛機(jī)在與3.6公斤（8磅）重的鳥(niǎo)相撞之后，仍能繼續(xù)安全飛行和著陸，相撞時(shí)飛機(jī)的速度（沿飛機(jī)飛行航跡相對(duì)于鳥(niǎo)）等于按第25.335（a）條選定的海平面VC。通過(guò)采用靜不定結(jié)構(gòu)和把操縱系統(tǒng)元件置于受保護(hù)的部位，或采用保護(hù)裝置（如隔板或吸能材料）來(lái)滿(mǎn)足本條要求是可以接受的。在用分析、試驗(yàn)或兩者的結(jié)合來(lái)表明符合本條要求的情況下，使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)似的飛機(jī)的資料是可以接受的。

2.4 除冰系統(tǒng)布置要求

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，云層中的過(guò)冷水滴撞擊并凍結(jié)在水平尾翼表面，造成重量及阻力的性能代償損失，影響飛機(jī)安全，所以飛機(jī)必須設(shè)置防冰系統(tǒng)。平尾前緣位于水平安定面翼型的最前端，要滿(mǎn)足防冰和除冰要求。飛機(jī)防冰系統(tǒng)用于保證飛機(jī)在整個(gè)飛行過(guò)程中，當(dāng)遇到結(jié)冰情況時(shí)或者預(yù)感到飛機(jī)將要進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域時(shí)能夠除冰，提前使防冰系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)防護(hù)區(qū)域進(jìn)行結(jié)冰防護(hù)。

2.5 液壓管路和EWIS電纜布置要求

為滿(mǎn)足主飛控及液壓源功能要求，現(xiàn)民機(jī)平尾前緣布置液壓管路和EWIS電纜較多為常見(jiàn)。首先，液壓管路和EWIS電纜布置應(yīng)沿平尾前梁展向鋪設(shè)，沿前梁腹板“一上一下”布置，EWIS電纜布置前梁上緣條區(qū)域，液壓管路布置前梁下緣條區(qū)域，避免因液壓管路滲油發(fā)生對(duì)電纜的污染和腐蝕現(xiàn)象。其次，管路和電纜布置時(shí)設(shè)定間隙，且管路設(shè)計(jì)有電磁防護(hù)。再者，管路和電纜均需要固定支撐，應(yīng)設(shè)計(jì)有固定支架。管路和電纜布置時(shí)最好避讓開(kāi)鳥(niǎo)撞常發(fā)生區(qū)域。

2.6 維修互換性要求

平尾前緣布置設(shè)計(jì)時(shí)，考慮鳥(niǎo)撞因素，平尾前緣應(yīng)盡可能滿(mǎn)足維修互換性、可達(dá)性、快捷高效、低成本等要求。平尾前緣多設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)。即便于結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)備的檢查和維護(hù)，如果遭遇鳥(niǎo)撞損壞，前緣也可以局部修復(fù)或者整體更換。

2.7 經(jīng)濟(jì)性要求

平尾前緣布置時(shí)，在滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的前提下，必須兼顧經(jīng)濟(jì)性要求，提高結(jié)構(gòu)效率，減少相關(guān)系統(tǒng)更換和維修費(fèi)用。

3 平尾前緣布置的影響因素

平尾前緣布置的影響因素包括：滿(mǎn)足抗鳥(niǎo)撞要求的結(jié)構(gòu)件布置；除冰系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)管路和電氣電纜的空間布置和維修性因素等。

3.1 結(jié)構(gòu)件布置

前緣蒙皮為細(xì)長(zhǎng)薄壁結(jié)構(gòu)，剛度小，前緣中弦向布置多個(gè)隔板提供支撐。除了支撐外，前緣遭遇鳥(niǎo)撞時(shí)，弦向隔板可以起到吸能作用，避免主結(jié)構(gòu)受到損壞。多數(shù)飛機(jī)前緣隔板與平尾翼盒的肋一一對(duì)應(yīng)，可以在與翼盒肋對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)隔板中間等距再布置一個(gè)或者多個(gè)隔板。一般平尾前緣隔板軸線(xiàn)垂直于平尾前梁布置，部分隔板軸線(xiàn)在平尾前梁處與肋軸線(xiàn)交匯。

為了滿(mǎn)足前緣抗鳥(niǎo)撞要求，在密肋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有些飛機(jī)在前緣頂部粘貼部分附加蒙皮結(jié)構(gòu)，一種在蒙皮外側(cè)，一種在蒙皮內(nèi)側(cè)，附加蒙皮投影寬度一般占前梁寬度的三分之一左右；有些飛機(jī)在前緣中布置斜梁結(jié)構(gòu)。添加附加蒙皮結(jié)構(gòu)或者斜梁結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)減少前緣隔板數(shù)量，但最終布置必須滿(mǎn)足靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

結(jié)構(gòu)件布置必須滿(mǎn)足制造工藝和裝配工藝要求。

3.2 除冰系統(tǒng)布置

現(xiàn)有的平尾前緣除冰系統(tǒng)多用電加溫除冰系統(tǒng)和機(jī)械式除冰系統(tǒng)，前緣內(nèi)布置必須為除冰系統(tǒng)留出安裝空間和維護(hù)通路。

3.3 液壓系統(tǒng)管路與電氣電纜的空間布置

EWIS電纜與液壓管路由上至下敷設(shè)于前緣內(nèi)部，兩個(gè)系統(tǒng)的布置除了需分別滿(mǎn)足各自的規(guī)范外，其空間相對(duì)位置也有特殊要求。具體布置方法如下：

1）在前緣每個(gè)橫向隔板上開(kāi)減輕孔，使得液壓管路與EWIS電纜穿過(guò)，管路與電纜通過(guò)卡箍和支架固定在結(jié)構(gòu)上；

2）液壓管路與EWIS電纜之間間距應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)系統(tǒng)布置安裝規(guī)范；

3）根據(jù)CCAR25.863相關(guān)條款，在平尾前緣內(nèi)，液壓管路為潛在泄漏源，其不應(yīng)布置在電纜上方，否則存在液壓泄漏液體腐蝕電纜引起電弧起火的隱患。因此EWIS 電纜需在空間位置上盡量布置于液壓管路上方或錯(cuò)開(kāi)。在穿過(guò)結(jié)構(gòu)隔板減輕孔時(shí)，可考慮電纜在上、液壓在下，或者展向分布兩種不同的布置方法以滿(mǎn)足適航條款要求。

3.4 維修互換性影響

平尾前緣需要充分考慮維修互換性的影響，合理規(guī)劃維護(hù)通道，便于維修人員對(duì)前緣內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)。同時(shí)考慮鳥(niǎo)撞因素，民用飛機(jī)平尾前緣一般設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)形式，能夠保證維修人員對(duì)前緣內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)備的檢查和維護(hù)，前緣遭遇鳥(niǎo)撞損壞時(shí)，也可以整體更換。

4 結(jié)論

水平尾翼前緣的布置對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)具有重要意義。前緣內(nèi)各系統(tǒng)的布置是循序漸進(jìn)、反復(fù)迭代的過(guò)程，應(yīng)盡可能充分考慮影響布置的各項(xiàng)因素，在滿(mǎn)足鳥(niǎo)撞和除冰等要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最合理結(jié)構(gòu)重量最輕的結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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