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【摘 要】本文通過對(duì)大型民用飛機(jī)后緣襟翼的剖面參數(shù)、后緣襟翼機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求及方法、后緣襟翼的運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)、后緣襟翼機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算流程以及后緣襟翼的變形運(yùn)動(dòng)控制等方面介紹，為大型民用飛機(jī)后緣襟翼運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了思路和方法。

【關(guān)鍵詞】后緣襟翼；運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；變形控制

中圖分類號(hào)： V226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0132-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.061

0 引言

民用飛機(jī)后緣襟翼常用的形式有開裂式襟翼、簡(jiǎn)單襟翼、單縫襟翼、雙縫襟翼、三縫襟翼、富勒式襟翼和吹氣襟翼等[1]。不同形式的襟翼有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，但主流大型客機(jī)均采用了富勒襟翼，只是在具體富勒運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)中形成了不同風(fēng)格的機(jī)構(gòu)。因此本文著重對(duì)富勒襟翼的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析研究，介紹了后緣襟翼的剖面參數(shù)、后緣襟翼機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求及方法、后緣襟翼的運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)、后緣襟翼機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算流程以及后緣襟翼的變形運(yùn)動(dòng)控制。

1 后緣襟翼的剖面參數(shù)

富勒襟翼可以看作開縫襟翼的變形，將襟翼厚度變薄，變薄的長(zhǎng)度是機(jī)翼后緣向后延伸的長(zhǎng)度。這種襟翼向后滑動(dòng)較大距離并向下偏轉(zhuǎn)，所以不僅增大了機(jī)翼的彎度，而且增大了作為機(jī)翼性能要素的面積，從而可以得到更大的升力。

襟翼在運(yùn)動(dòng)過程中有三個(gè)關(guān)鍵的工作位置，起飛、巡航及著陸，襟翼的位置是由縫隙寬度、重疊量和偏角決定。襟翼偏角δ、富勒運(yùn)動(dòng)量F、重疊量O、縫隙G，這幾個(gè)參數(shù)即可定義襟翼的位置[2]，如圖1所示。

2 后緣襟翼機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求及方法

后緣襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求如下：

（1）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主翼、子翼及機(jī)體之間的間隙應(yīng)滿足完成各種功能的要求，不能因結(jié)構(gòu)變形而卡滯或降低功能；

（2）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所選用的運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、氣動(dòng)外形要求，重量的分布要有利于防止顫振；

（3）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)利于裝拆，維修簡(jiǎn)單，盡量減少特殊的專用工具；

（4）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有防磨損措施；

（5）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足適航標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)咨詢通報(bào)。

為滿足以上設(shè)計(jì)要求，后緣襟翼運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)過程可分解為以下幾個(gè)步驟：

（1）根據(jù)襟翼狀態(tài)要求及縫道要求等選擇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式、運(yùn)動(dòng)形式及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選定后即確定了襟翼各特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線。

（2）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。首先要在平面內(nèi)協(xié)調(diào)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，分析其運(yùn)動(dòng)機(jī)理、是否有運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)及干涉情況；然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)的二維運(yùn)動(dòng)仿真及干涉檢查，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行不斷的完善修改。

（3）襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間運(yùn)動(dòng)分析。待平面運(yùn)動(dòng)完善后，根據(jù)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件及舵面的運(yùn)動(dòng)要求，每塊襟翼各條滑軌（或支點(diǎn)）的相對(duì)位置也就確定了各特征點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)軸線方向，故就可以進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)的分析，進(jìn)行計(jì)算機(jī)的三維運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)，檢查干涉及運(yùn)動(dòng)間隙；根據(jù)三維運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)各滑軌的曲面，確定滑輪架的型式及各構(gòu)件的連接；

（4）完成襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的設(shè)計(jì)。操縱力盡可能在支點(diǎn)附近，并且操縱點(diǎn)的確定應(yīng)盡量使左右兩部分的扭矩積累值大致均勻，操縱搖臂盡可能的凸出翼型少一點(diǎn)，操縱力沿展向的分力盡可能不傳到后緣襟翼上。

（5）設(shè)計(jì)并制造運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能模型，開展機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能原理驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 后緣襟翼運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算

實(shí)際中后緣襟翼的運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜三維空間運(yùn)動(dòng)，但由于后緣襟翼要求為順氣流運(yùn)動(dòng)[3]，則可以簡(jiǎn)化為順氣流平面內(nèi)的平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。襟翼運(yùn)動(dòng)主要控制襟翼運(yùn)動(dòng)過程的三個(gè)位置狀態(tài)，即收起、起飛及著陸狀態(tài)。襟翼在這三個(gè)位置的所有參數(shù)已知，而在三個(gè)位置之間的其它中間位置由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定?？梢圆捎脛傮w位移矩陣法對(duì)該類問題進(jìn)行求解。位移矩陣法是以各運(yùn)動(dòng)副位置坐標(biāo)為參數(shù)，以桿長(zhǎng)不變或移動(dòng)方位角不變?yōu)榧s束條件來建立方程，對(duì)機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的一種方法[4]。

根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)、襟翼上某點(diǎn)在巡航、起飛、著陸狀態(tài)的坐標(biāo)、滑塊與襟翼連接點(diǎn)3個(gè)狀態(tài)下的坐標(biāo)及襟翼巡航、起飛、著陸狀態(tài)之間的夾角，輔以驅(qū)動(dòng)連桿定長(zhǎng)約束條件、驅(qū)動(dòng)連桿定軸轉(zhuǎn)動(dòng)約束條件以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸單位向量約束條件即可計(jì)算確定出襟翼機(jī)構(gòu)各構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的參數(shù)，計(jì)算流程如圖2所示。

4 后緣襟翼變形運(yùn)動(dòng)控制

后緣襟翼翼面通過多點(diǎn)支撐與主翼盒相連，各飛行工況下，由于襟翼與主翼盒的剛度差異較大[5]，變形協(xié)調(diào)不一致，會(huì)使兩者產(chǎn)生較大的相對(duì)變形，如圖3和圖4所示。根據(jù)后緣襟翼運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求，襟翼運(yùn)動(dòng)不能因結(jié)構(gòu)變形而卡住或降低功能，可在襟翼翼面及端面設(shè)置限位滾輪以協(xié)同襟翼與翼盒的變形，如圖5所示。襟翼與主翼盒之間的合理限位設(shè)計(jì)，帶來以下設(shè)計(jì)受益：

（1）解決襟翼與主翼盒間的剛度匹配問題；

（2）襟翼與主翼盒間由于變形不一致產(chǎn)生的附加載荷得到控制；

（3）避免結(jié)構(gòu)由于變形干涉導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞；

（4）改善機(jī)翼后緣變形不協(xié)調(diào)區(qū)域的設(shè)計(jì)環(huán)境；

（5）降低飛機(jī)巡航構(gòu)型狀態(tài)下襟縫翼和主機(jī)翼間的變形階差，保證機(jī)翼外形的符合性；

（6）光順外形，減少氣動(dòng)阻力和燃油消耗。

根據(jù)襟翼和機(jī)翼主翼盒結(jié)構(gòu)變形及受載情況，應(yīng)對(duì)內(nèi)外端頭限位件輪廓進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)輪廓以滿足主翼盒和襟翼變形后的運(yùn)動(dòng)控制要求，限位輪廓要保證襟翼限位滾輪能進(jìn)入到設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡上，確保襟翼正常收放，如圖6所示。輪廓導(dǎo)入點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要充分考慮襟翼和主翼盒間的相對(duì)變形、襟翼滑軌站位的影響以及襟翼作動(dòng)器載荷的變化影響。

5 結(jié)語

后緣襟翼的運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜三維空間運(yùn)動(dòng)，在設(shè)計(jì)過程中面臨著載荷復(fù)雜、運(yùn)行環(huán)境嚴(yán)酷等設(shè)計(jì)特點(diǎn)，且在各種飛行工況下，還需要考慮與主翼盒的變形協(xié)同問題。本文通過多方面介紹和研究，為大型民用飛機(jī)后緣襟翼運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了思路和方法。

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