專(zhuān)利名稱(chēng)：一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能夠減輕水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)重量，提高安全壽命及可靠性的結(jié)構(gòu)裝置。
背景技術(shù)：
大型客機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是大型飛機(jī)研制中關(guān)鍵技術(shù)之一，而尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其重要組成部分，我國(guó)的大型客機(jī)研制工作在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尾翼設(shè)計(jì)方面需要不斷創(chuàng)新，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于亞音速民用飛機(jī)，水平尾翼設(shè)計(jì)需要考慮的最嚴(yán)重狀態(tài)是起飛和著陸，起飛 和著陸時(shí)，放下襟翼會(huì)產(chǎn)生較大的低頭力矩。在飛機(jī)起飛抬前輪和著陸時(shí)，為保持平穩(wěn)，平尾必須偏轉(zhuǎn)到最大限度，以提供足夠的抬頭力矩。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要保證平尾的操縱效率能滿足起飛和著陸的平衡要求，通常就會(huì)自動(dòng)滿足在各種可能的升力系數(shù)下的飛行平衡狀態(tài)。據(jù)有關(guān)資料介紹，上世紀(jì)90年代以后，世界上有超過(guò)70%的干線客機(jī)都采用了安裝角可調(diào)式的水平尾翼。相對(duì)于其它形式的水平尾翼，該形式水平尾翼既可以滿足起飛和著陸階段的配平要求，又能夠減小配平阻力、平尾面積和飛機(jī)重量。水平尾翼中央翼是與水平尾翼的安定面連接，用來(lái)保證飛機(jī)的縱向平衡、穩(wěn)定及對(duì)飛機(jī)縱向(俯仰)操縱的重要機(jī)構(gòu)，其操縱效率和可靠性是影響飛機(jī)安全的重要因素，所以提高水平尾翼中央翼的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)水平具有十分重要的意義?？烧{(diào)安裝角的水平尾翼是通過(guò)固定在后機(jī)身隔框上的螺旋制動(dòng)器和后梁處的樞軸與后機(jī)身連接的。安裝角的調(diào)整機(jī)理如下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如電動(dòng)馬達(dá)、舵機(jī)或者液壓作動(dòng)筒)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿與升降螺母之間螺紋連接，升降螺母通過(guò)連接絲杠的支架與平尾中央翼前梁固定。螺桿的螺紋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生平尾中央翼前梁的升降運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)平尾中央翼產(chǎn)生繞樞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)平尾轉(zhuǎn)動(dòng)。波音B737型飛機(jī)的水平尾翼中央翼采用如圖I所示的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)中連接前梁2與后梁4的中間兩塊X型腹板3采用7075鋁合金材料，與前梁2和后梁4各4處連接部分，共8處連接部分。與后梁4連接的樞軸5采用從一端鉸接處延伸到另一端鉸接處的一體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的疲勞性能較差，產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展會(huì)使整個(gè)樞軸5失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的采用新型高強(qiáng)度輕質(zhì)材料減輕水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)的重量，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高水平尾翼中央翼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中鉸接處樞軸的安全壽命和可靠性。本發(fā)明的一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，前梁與后梁之間的W型腹板采用碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，由于水平尾翼中央翼位于后機(jī)身的內(nèi)部，受到?jīng)_擊載荷的情況較少，而復(fù)合材料受到?jīng)_擊載荷后性能會(huì)急劇下降，因此復(fù)合材料的應(yīng)用成為可能；采用新型的W型腹板連接前梁與后梁，使用碳纖維鋪帶技術(shù)制造，減少了 W型腹板與前梁后梁之間的連接件，從而減少了復(fù)雜連接件的質(zhì)量；采用新型的后梁連接處的樞軸設(shè)計(jì)，將一根樞軸分別布置在兩端鉸接處，并各布置外樞軸和內(nèi)樞軸。本發(fā)明的有益效果I、碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的密度在I. 7g/cm3左右，彈性模量230GPa、抗拉強(qiáng)度在3500Mpa以上，相比于鋁合金材料密度2. 7g/cm3、彈性模量70GPa、拉伸強(qiáng)度400MPa，具有重量輕，強(qiáng)度高，抗腐蝕等優(yōu)勢(shì)；2、采用新型的W型腹板連接前梁與后梁，只有5處連接部分，減少了腹板端部與前梁后梁的連接件(例如連接用耳片、鉚接用的鉚釘)，W型腹板可以采用碳纖維鋪帶從一端直接鋪放到另一端，并在腹板的合理位置鋪放垂直于之前方向的加強(qiáng)筋纖維帶，使得腹板的整體加工成為可能； 3、采用新型的W型腹板設(shè)計(jì)，其兩端的斜邊有利于與水平安定面根部的加強(qiáng)肋連接，彌補(bǔ)了波音B737中只有水平安定面的前梁與后梁之間的連接，從而使結(jié)構(gòu)受力更合理，提聞承載效力；4、民用飛機(jī)在整個(gè)2(Γ30年的服役期間內(nèi)，安全性是至關(guān)重要的。通過(guò)將出現(xiàn)裂紋而使整個(gè)樞軸失效的單樞軸改變?yōu)閮啥瞬贾?，并將樞軸設(shè)計(jì)成中空的外樞軸和內(nèi)樞軸，當(dāng)外樞軸出現(xiàn)裂紋或產(chǎn)生破外，內(nèi)樞軸仍然可以承受載荷，提高了樞軸及水平尾翼中央翼安裝角可調(diào)的安全壽命及可靠性。


圖I波音Β737水平尾翼中央翼示意圖；圖2波音Β737水平尾翼調(diào)節(jié)安裝角機(jī)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明提供的新型水平尾翼中央翼W型腹板連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中后機(jī)身框B與后梁之間的連接組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中后梁連接耳片和后機(jī)身框B連接耳片結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中水平尾翼中央翼后梁與后機(jī)身框鉸接處樞軸剖面圖。圖中I、絲杠支架，2、前梁，3、X型腹板，4、后梁，5、樞軸，6、螺桿，7、后機(jī)身框Α，8、后機(jī)身框B，9、W型腹板，10、后梁連接耳片，11、后機(jī)身框B連接耳片，12、外軸，13、內(nèi)軸，14、芯軸，15、卡片，16、螺母，17、墊圈，18、軸承。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。(a)、對(duì)于附圖2所示波音Β737水平尾翼調(diào)節(jié)安裝角機(jī)構(gòu)其工作原理是后機(jī)身框A與螺桿下部支座連接，一般在水平安定面前梁的前面一點(diǎn)，具體位置需要協(xié)調(diào)后得到。螺桿6由伺服電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與螺桿6連接的絲杠支架I豎直方向運(yùn)動(dòng)，由于后梁4與后機(jī)身框B 8通過(guò)樞軸5鉸接，因而水平尾翼中央翼實(shí)際的運(yùn)動(dòng)就是角度的變化，及水平尾翼安裝角可調(diào)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理；(b)、對(duì)于附圖3所示的為本發(fā)明提供的一種新型水平尾翼中央翼的結(jié)構(gòu)安裝示意圖前梁2與后梁4之間的W型腹板9采用碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，采用碳纖維鋪帶技術(shù)，沿W型腹板9的一端連續(xù)鋪放到另一端，鋪層形式為
，然后按加強(qiáng)筋條方向即垂向鋪放碳纖維，完成之后采用一次固化成形，W型腹板9采用整體加工工藝的方法制備，與前梁2的連接部位有三個(gè)，與后梁4的連接部位有2個(gè)，一共5個(gè)連接部位，減輕了復(fù)雜連接件的重量，在W型腹板9的兩側(cè)面板同時(shí)可與水平安定面的根部肋端框連接，彌補(bǔ)了兩塊X型腹板3與水平安定面根肋形面相差較大的不足；(C)、對(duì)于附圖4 圖6所示水平尾翼中央翼后梁與后機(jī)身框鉸接處樞軸示意圖后梁4與后機(jī)身框B 8的連接部分由后梁連接耳片10與后機(jī)身框B連接耳片11組成，如圖5A所示，所述的后梁連接耳片10上設(shè)置有減重孔10 - I，具有通孔10 - 2，后梁連接耳片10通過(guò)鉚釘與后梁4鉚接的后，梁連接耳片10的通孔10 - 2內(nèi)安裝有軸承18，后梁連接耳片10的通孔10 - 2內(nèi)側(cè)與軸承18外表面采用過(guò)盈配合接觸；后機(jī)身框B連接耳片11通過(guò)鉚釘與后機(jī)身框B 8鉚接，后機(jī)身框B連接耳片11上設(shè)置有減重槽11 - 2，其通孔 11 - I內(nèi)部安裝墊圈17，如圖6所示，后機(jī)身框B連接耳片11與墊圈17采用過(guò)盈配合接觸；軸承18與墊圈17內(nèi)部安裝外軸12，軸承18內(nèi)部和墊圈17內(nèi)部與外軸12外部采用過(guò)盈配合；外軸12的通孔內(nèi)部安裝內(nèi)軸13，外軸12和內(nèi)軸13采用過(guò)盈配合；內(nèi)軸13通孔內(nèi)部安裝芯軸14，內(nèi)軸13與芯軸14之間有空隙，芯軸14兩端通過(guò)螺母16和卡片15固定，使得芯軸14、內(nèi)軸13、外軸12不產(chǎn)生軸向的滑移。對(duì)于傳統(tǒng)的單軸樞軸設(shè)計(jì)，一旦這根樞軸在復(fù)雜交變的飛行載荷作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，或由于陣風(fēng)載荷等突變載荷而產(chǎn)生破外，就會(huì)造成水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)失效，安裝角無(wú)法調(diào)整等。采用本發(fā)明提供的新型的外軸12和內(nèi)軸13，中部安裝芯軸14，并使得外軸12、內(nèi)軸13和芯軸14無(wú)法軸向滑動(dòng)，在其中一根軸產(chǎn)生疲勞裂紋時(shí)并不會(huì)擴(kuò)展到另一根軸上，而且在一根軸由于突變載荷而出現(xiàn)強(qiáng)度破外時(shí)，另一根軸仍然可以受載，這一方法可以提高樞軸的安全使用周期，同時(shí)提高水平尾翼中央翼的安全壽命及可靠性。
權(quán)利要求
1.一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，其特征在于前梁與后梁之間連接W型腹板，W型腹板與前梁三個(gè)連接點(diǎn)，與后梁兩個(gè)連接點(diǎn)，W型腹板的兩側(cè)面板同時(shí)與水平安定面的根部肋端框連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，其特征在于W型腹板采用碳纖維鋪帶技術(shù)，沿W型腹板的一端連續(xù)鋪放到另一端，鋪層形式為
，然后按加強(qiáng)筋條方向即垂向鋪放碳纖維，完成之后采用一次固化成形，W型腹板采用整體加工工藝的方法制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，其特征在于后梁與后機(jī)身框B的連接部分由后梁連接耳片與后機(jī)身框B連接耳片組成，通過(guò)鉚釘與后梁鉚接的后梁連接耳片的通孔內(nèi)安裝有軸承，后梁連接耳片的通孔內(nèi)側(cè)與軸承外表面采用過(guò)盈配合接觸；后機(jī)身框B連接耳片通過(guò)鉚釘與后機(jī)身框B鉚接，后機(jī)身框B連接耳片的通孔內(nèi)部安裝墊圈，后機(jī)身框B連接耳片與墊圈采用過(guò)盈配合接觸；軸承與墊圈內(nèi)部安裝外軸，軸承內(nèi)部和墊圈內(nèi)部與外軸外端采用過(guò)盈配合；外軸通孔內(nèi)部安裝內(nèi)軸,外軸和內(nèi)軸采用過(guò)盈配合；內(nèi)軸通孔內(nèi)部安裝芯軸，內(nèi)軸與芯軸之間有空隙，芯軸兩端通過(guò)螺母和卡片固定，使得 芯軸、內(nèi)軸、外軸不產(chǎn)生軸向的滑移。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，其特征在于所述的后梁連接耳片上設(shè)置有減重孔，后機(jī)身框B連接耳片上設(shè)置有減重槽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種民用飛機(jī)水平尾翼中央翼，屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，是一種能夠減輕水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)安全壽命及可靠性的裝置。本發(fā)明采用新型W型腹板連接水平尾翼中央翼的前梁與后梁，W型腹板通過(guò)復(fù)合材料鋪帶，完成整體加工的工藝，減輕了結(jié)構(gòu)重量；后梁連接耳片與后機(jī)身加強(qiáng)框耳片通過(guò)樞軸連接，通過(guò)外軸與內(nèi)軸的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后梁樞軸的功能，當(dāng)其中一根軸產(chǎn)生疲勞裂紋時(shí)并不會(huì)擴(kuò)展到另一根軸上，而且在一根軸由于突變載荷而出現(xiàn)強(qiáng)度破外時(shí)，另一根軸仍然可以受載，并提高樞軸的安全使用壽命，增強(qiáng)可靠性。
文檔編號(hào)B64C5/02GK102963521SQ201210447679
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者王偉, 田云, 伍春波, 陳亞軍, 何景武 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)