復(fù)合材料機(jī)翼翼根處后梁連接研究

趙艷秦

摘要：本篇論文針對(duì)某機(jī)型的復(fù)合材料外翼翼根處后梁連接做了詳細(xì)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(shè)計(jì)等等，因?yàn)橐砀幨峭庖怼⒅醒胍砗椭袡C(jī)身界面位置，是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)也是重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：翼根連接;對(duì)接;搭接;角盒;

（AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.，Shenyang 110000）

1概述

復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上使用比例越來(lái)越高，某復(fù)合材料機(jī)翼盒段結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高結(jié)構(gòu)效率、高可靠性、長(zhǎng)壽命和低全壽命期費(fèi)用。在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，相比某飛機(jī)外翼盒段上下壁板、前梁、后梁金屬的結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料外翼盒段上下壁板、前梁、后梁T800級(jí)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減重15%（即290 kg）的目標(biāo)。滿足6萬(wàn)架次飛行起落，9萬(wàn)飛行小時(shí)，30日歷年的經(jīng)濟(jì)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(cè)間隔要求，較飛機(jī)金屬機(jī)翼盒段的檢測(cè)間隔延長(zhǎng)一倍半滿足維護(hù)成本和直接運(yùn)營(yíng)成本（DOC）較金屬機(jī)翼盒段有所降低的要求。某復(fù)合材料機(jī)翼設(shè)計(jì)是經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)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(shè)計(jì)。

2 后梁翼根處設(shè)計(jì)方案

2.1后梁設(shè)計(jì)方案一

后梁翼根設(shè)計(jì)方案一見圖1，外翼后梁和垂直十字接頭采用的是對(duì)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(gè)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(fù)合材料。

從圖1可以看到因?yàn)榻宇^機(jī)加階差問(wèn)題，梁外翼上凸緣本來(lái)對(duì)接方案改成了搭接，梁緣條伸入到角盒上側(cè)。由于梁腹板和凸緣不是停止在同一個(gè)位置，梁腹板在與梁凸緣交界切除會(huì)產(chǎn)生復(fù)合材料分層。從強(qiáng)度和制造兩方面考慮都不是最佳的設(shè)計(jì)方案，從圖1中可以看到，四個(gè)角盒采用的都是斜面代替的臺(tái)階，這可能會(huì)在裝配時(shí)增加協(xié)調(diào)墊片，增加裝配工時(shí)。

2.2后梁設(shè)計(jì)方案二

后梁翼根設(shè)計(jì)方案二見圖2，外翼后梁和垂直十字接頭與采用的是對(duì)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(gè)拉伸接頭采用的鈦合金材料。從圖2中可以看到四個(gè)拉伸接頭設(shè)計(jì)概念從斜坡改成了機(jī)加臺(tái)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(jī)型的設(shè)計(jì)方案，中央翼后梁下凸緣盒下水平三叉接頭改為對(duì)接方案，這個(gè)方案的更改時(shí)因?yàn)閷?duì)接區(qū)位置兩側(cè)設(shè)計(jì)方案的不同，造成了水平三叉接頭設(shè)計(jì)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(duì)接方區(qū)域的中央翼和外翼后梁下凸緣設(shè)計(jì)方案相同。

2.3后梁設(shè)計(jì)方案三

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(jī)加階差。裝配時(shí)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(fù)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(duì)接、和中央翼后梁腹板搭接、與一號(hào)肋搭接同時(shí)和機(jī)身框也是搭接，圖4看到垂直十字接頭與梁對(duì)接時(shí)，要保證外翼后梁腹板和垂直十字接頭中性面對(duì)齊。外翼下角盒同時(shí)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(duì)接帶板

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

5外翼和中央翼下角盒設(shè)計(jì)

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(duì)接方案。中央翼下角盒是在中央翼側(cè)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(shè)計(jì)方案和外翼側(cè)一樣是對(duì)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?yàn)樗饺娼宇^外側(cè)面和后梁凸緣外側(cè)面是一個(gè)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(cè)設(shè)計(jì)概念不一樣，導(dǎo)致水平三叉接頭兩側(cè)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(duì)接方案，中央翼后梁下角盒設(shè)計(jì)方案和外翼下角盒設(shè)計(jì)方案相似。

6外翼和中央翼上角盒設(shè)計(jì)

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(zhǎng)桁底邊也是對(duì)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(zhǎng)桁底邊采用對(duì)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(guò)圖 10 B-B剖面圖，中央翼壁板的長(zhǎng)桁底邊沒(méi)有和角盒凸緣連接。

7結(jié)束語(yǔ)

翼根設(shè)計(jì)是中央翼盒和飛機(jī)外翼直接連接，這個(gè)位置的設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn)之一，界面復(fù)雜，連接件多且裝配問(wèn)題突出，如何合理的設(shè)計(jì)翼根連接件對(duì)減少裝配工時(shí)和減少零件銼修也是設(shè)計(jì)要求之一。

（作者單位：中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司）