復合材料機翼翼根處后梁連接研究

趙艷秦

中航沈飛民用飛機有限責任公司 ?沈陽 ?110000（AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.，Shenyang 110000）

摘要：本篇論文針對某機型的復合材料外翼翼根處后梁連接做了詳細的描述，包括中央翼后梁和豎十字接頭的連接形式，外翼后梁和豎十字接頭的連接形式和翼根處密封設計等等，因為翼根處是外翼、中央翼和中機身界面位置，是飛機設計中的難點也是重點。

關鍵詞：翼根連接;對接;搭接;角盒

1概述

復合材料在飛機結構上使用比例越來越高，某復合材料機翼盒段結構應具有高結構效率、高可靠性、長壽命和低全壽命期費用。在滿足強度和剛度的前提下，相比某飛機外翼盒段上下壁板、前梁、后梁金屬的結構，復合材料外翼盒段上下壁板、前梁、后梁T800級碳纖維增強復合材料結構，實現(xiàn)減重15%（即290 kg）的目標。滿足6萬架次飛行起落，9萬飛行小時，30日歷年的經(jīng)濟修理壽命要求。滿足A檢間隔1000飛行起落，C檢間隔2.5年，D檢間隔10年的檢測間隔要求，較飛機金屬機翼盒段的檢測間隔延長一倍半滿足維護成本和直接運營成本（DOC）較金屬機翼盒段有所降低的要求。某復合材料機翼設計是經(jīng)過結構、強度、制造和裝配工藝等等部門的共同努力下取得初步成功的設計。

2 后梁翼根處設計方案

2.1后梁設計方案一

后梁翼根設計方案一見圖1，外翼后梁和垂直十字接頭采用的是對接方案，中央翼后梁和垂直十字接頭采用的是搭接方案，十字接頭是鈦合金鍛件，四個拉伸接頭采用的鈦合金材料，中央翼和外翼的梁采用的是復合材料。

從圖1可以看到因為接頭機加階差問題，梁外翼上凸緣本來對接方案改成了搭接，梁緣條伸入到角盒上側。由于梁腹板和凸緣不是停止在同一個位置，梁腹板在與梁凸緣交界切除會產(chǎn)生復合材料分層。從強度和制造兩方面考慮都不是最佳的設計方案，從圖1中可以看到，四個角盒采用的都是斜面代替的臺階，這可能會在裝配時增加協(xié)調(diào)墊片，增加裝配工時。

2. 2后梁設計方案二

后梁翼根設計方案二見圖2，外翼后梁和垂直十字接頭與采用的是對接方案，中央翼后梁和垂直三叉接頭采用的是搭接方案，四個拉伸接頭采用的鈦合金材料。從圖2中可以看到四個拉伸接頭設計概念從斜坡改成了機加臺階。中央翼盒下拉伸角盒和水平三叉接頭連接處綜合考慮參照某成熟機型的設計方案，中央翼后梁下凸緣盒下水平三叉接頭改為對接方案，這個方案的更改時因為對接區(qū)位置兩側設計方案的不同，造成了水平三叉接頭設計困難，為了不讓水平三叉接頭在中央翼后梁位置一邊切掉或者做下陷，這樣對接方區(qū)域的中央翼和外翼后梁下凸緣設計方案相同。

2.3后梁設計方案三

后梁翼根設計方案三如圖3所示：

外翼上角盒、外翼下角盒、中央翼上角盒和中央翼下角盒材料均采用的是7050-T7451材料，采用鋁合金材料是為了降低接頭機加階差。裝配時鋁合金比鈦合金工藝性要好，比較容易銼修。垂直十字接頭采用鈦合金材料，中央翼后梁和外翼后梁是復合材料。

3外翼和中央翼梁腹板和垂直十字接頭連接

從圖3可看，垂直十字接頭和外翼后梁腹板對接、和中央翼后梁腹板搭接、與一號肋搭接同時和機身框也是搭接，圖4看到垂直十字接頭與梁對接時，要保證外翼后梁腹板和垂直十字接頭中性面對齊。外翼下角盒同時坐在垂直十字接頭和梁腹板面上。圖5看到垂直十字接頭和中央翼后梁是搭接方案，中央翼下角盒直接坐在十字接頭上。垂直十字接頭材料是鈦合金鍛件。

4對接帶板

圖6 是后梁對接帶板的設計，外翼后梁腹板和垂直十字接頭是對接方案，通過對接帶板連接梁腹板和垂直十字接頭。后梁的材料是復合材料，垂直十字接頭材料是鈦合金。設計要求梁腹板中性層和垂直十字接頭的中性面要在一個面上，且材料的不一致，外翼后梁復合材料厚，十字接頭鈦合金材料薄，對接帶板分別和兩個零件連接，造成對接帶板帶有下陷。

5外翼和中央翼下角盒設計

圖7外翼下角盒做為連接件，其腹板連接梁腹板和垂直十字接頭，凸緣連接梁凸緣和水平三叉接頭，都采用的是對接方案。中央翼下角盒是在中央翼側連接垂直十字接頭和水平三叉接頭的連接件，水平三叉接頭和中央翼梁凸緣設計方案和外翼側一樣是對接，而中央翼后梁腹板和垂直十字接頭之間是搭接。水平三叉接頭和中央翼梁凸緣不能采用搭接，因為水平三叉接頭外側面和后梁凸緣外側面是一個面，如果梁凸緣不開缺口，那么水平三叉接頭就得開缺口，這樣造成水平三叉接頭兩側設計概念不一樣，導致水平三叉接頭兩側受力情況不一樣。為了不在水平三叉接頭上開缺口而把水平三叉接頭和中央翼后梁凸緣位置改為對接方案，中央翼后梁下角盒設計方案和外翼下角盒設計方案相似。

6外翼和中央翼上角盒設計

圖8外翼上角盒做為連接件，其腹板連接梁腹板和垂直十字接頭，梁凸緣和上壁板的長桁底邊也是對接形式用外翼上角盒的凸緣連接。外翼后梁的上凸緣和腹板與垂直十字接頭和長桁底邊采用對接形式。中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式。

中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式，通過圖 10 B-B剖面圖，中央翼壁板的長桁底邊沒有和角盒凸緣連接。

7結束語

翼根設計是中央翼盒和飛機外翼直接連接，這個位置的設計是飛機設計中的重點難點之一，界面復雜，連接件多且裝配問題突出，如何合理的設計翼根連接件對減少裝配工時和減少零件銼修也是設計要求之一。