專利名稱：一種民用飛機水平尾翼中央翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(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)：
大型客機結(jié)構(gòu)設(shè)計是大型飛機研制中關(guān)鍵技術(shù)之一，而尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計是其重要組成部分，我國的大型客機研制工作在結(jié)構(gòu)設(shè)計及尾翼設(shè)計方面需要不斷創(chuàng)新，解決關(guān)鍵技術(shù)問題。對于亞音速民用飛機，水平尾翼設(shè)計需要考慮的最嚴(yán)重狀態(tài)是起飛和著陸，起飛 和著陸時，放下襟翼會產(chǎn)生較大的低頭力矩。在飛機起飛抬前輪和著陸時，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)計時只要保證平尾的操縱效率能滿足起飛和著陸的平衡要求，通常就會自動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70%的干線客機都采用了安裝角可調(diào)式的水平尾翼。相對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、平尾面積和飛機重量。水平尾翼中央翼是與水平尾翼的安定面連接，用來保證飛機的縱向平衡、穩(wěn)定及對飛機縱向(俯仰)操縱的重要機構(gòu)，其操縱效率和可靠性是影響飛機安全的重要因素，所以提高水平尾翼中央翼的細(xì)節(jié)設(shè)計水平具有十分重要的意義?？烧{(diào)安裝角的水平尾翼是通過固定在后機身隔框上的螺旋制動器和后梁處的樞軸與后機身連接的。安裝角的調(diào)整機理如下驅(qū)動機構(gòu)(如電動馬達(dá)、舵機或者液壓作動筒)運動時，帶動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿與升降螺母之間螺紋連接，升降螺母通過連接絲杠的支架與平尾中央翼前梁固定。螺桿的螺紋運動產(chǎn)生平尾中央翼前梁的升降運動，使整個平尾中央翼產(chǎn)生繞樞軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動平尾轉(zhuǎn)動。波音B737型飛機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，結(jié)構(gòu)的疲勞性能較差，產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展會使整個樞軸5失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的采用新型高強度輕質(zhì)材料減輕水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)的重量，通過改進(jìn)設(shè)計，提高水平尾翼中央翼調(diào)節(jié)機構(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)氧樹脂復(fù)合材料，由于水平尾翼中央翼位于后機身的內(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，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)氧樹脂復(fù)合材料的密度在I. 7g/cm3左右，彈性模量230GPa、抗拉強度在3500Mpa以上，相比于鋁合金材料密度2. 7g/cm3、彈性模量70GPa、拉伸強度400MPa，具有重量輕，強度高，抗腐蝕等優(yōu)勢；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，其兩端的斜邊有利于與水平安定面根部的加強肋連接，彌補了波音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、民用飛機在整個2(Γ30年的服役期間內(nèi)，安全性是至關(guān)重要的。通過將出現(xiàn)裂紋而使整個樞軸失效的單樞軸改變?yōu)閮啥瞬贾茫休S設(shè)計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、后機身框Α，8、后機身框B，9、W型腹板，10、后梁連接耳片，11、后機身框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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種民用飛機水平尾翼中央翼進(jìn)行詳細(xì)說明。(a)、對于附圖2所示波音Β737水平尾翼調(diào)節(jié)安裝角機構(gòu)其工作原理是后機身框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，具體位置需要協(xié)調(diào)后得到。螺桿6由伺服電動機或液壓馬達(dá)驅(qū)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，帶動與螺桿6連接的絲杠支架I豎直方向運動，由于后梁4與后機身框B 8通過樞軸5鉸接，因而水平尾翼中央翼實際的運動就是角度的變化，及水平尾翼安裝角可調(diào)的運動機理；(b)、對于附圖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，與后梁4的連接部位有2個，一共5個連接部位，減輕了復(fù)雜連接件的重量，在W型腹板9的兩側(cè)面板同時可與水平安定面的根部肋端框連接，彌補了兩塊X型腹板3與水平安定面根肋形面相差較大的不足；(C)、對于附圖4 圖6所示水平尾翼中央翼后梁與后機身框鉸接處樞軸示意圖后梁4與后機身框B 8的連接部分由后梁連接耳片10與后機身框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外表面采用過盈配合接觸；后機身框B連接耳片11通過鉚釘與后機身框B 8鉚接，后機身框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，后機身框B連接耳片11與墊圈17采用過盈配合接觸；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。對于傳統(tǒng)的單軸樞軸設(shè)計，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，就會造成水平尾翼中央翼結(jié)構(gòu)失效，安裝角無法調(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無法軸向滑動，在其中一根軸產(chǎn)生疲勞裂紋時并不會擴(kuò)展到另一根軸上，而且在一根軸由于突變載荷而出現(xiàn)強度破外時，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型腹板與前梁三個連接點，與后梁兩個連接點，W型腹板的兩側(cè)面板同時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水平尾翼中央翼，其特征在于后梁與后機身框B的連接部分由后梁連接耳片與后機身框B連接耳片組成，通過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盈配合接觸；后機身框B連接耳片通過鉚釘與后機身框B鉚接，后機身框B連接耳片的通孔內(nèi)部安裝墊圈，后機身框B連接耳片與墊圈采用過盈配合接觸；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盈配合；外軸通孔內(nèi)部安裝內(nèi)軸,外軸和內(nèi)軸采用過盈配合；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)明公開了一種民用飛機水平尾翼中央翼，屬于飛機結(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身加強框耳片通過樞軸連接，通過外軸與內(nèi)軸的設(shè)計實現(xiàn)后梁樞軸的功能，當(dāng)其中一根軸產(chǎn)生疲勞裂紋時并不會擴(kuò)展到另一根軸上，而且在一根軸由于突變載荷而出現(xiàn)強度破外時，另一根軸仍然可以受載，并提高樞軸的安全使用壽命，增強可靠性。
文檔編號B64C5/02GK102963521SQ201210447679
公開日2013年3月13日 申請日期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 申請人:北京航空航天大學(xué)