變彎度機(jī)翼后緣滑槽耳片連接設(shè)計與驗(yàn)證

摘 要：當(dāng)前民用飛機(jī)的變彎度機(jī)翼主要通過機(jī)械式驅(qū)動實(shí)現(xiàn)機(jī)翼變形。在變彎度機(jī)翼后緣變形時，機(jī)翼蒙皮與驅(qū)動機(jī)構(gòu)中驅(qū)動桿的相對位置關(guān)系會發(fā)生變化，往往導(dǎo)致驅(qū)動機(jī)構(gòu)與蒙皮變形不協(xié)調(diào)問題。為滿足變彎度機(jī)翼后緣變形設(shè)計要求，本文提出一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)與蒙皮的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以實(shí)現(xiàn)變彎度機(jī)翼后緣變形協(xié)調(diào)。通過建立變彎度機(jī)翼后緣驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型，分析了變彎度機(jī)翼后緣在偏轉(zhuǎn)過程中驅(qū)動機(jī)構(gòu)與蒙皮連接點(diǎn)處機(jī)構(gòu)點(diǎn)的運(yùn)動特性，獲得了機(jī)構(gòu)點(diǎn)與蒙皮的相對位置關(guān)系。進(jìn)而，通過研究蒙皮耳片開槽形式和開槽方法，對耳片及滑槽進(jìn)行了設(shè)計。最后，通過對研制的變彎度機(jī)翼后緣試驗(yàn)樣件開展變形和承載功能試驗(yàn)，驗(yàn)證了滑槽耳片設(shè)計方案可滿足機(jī)翼變彎過程中的氣動外形要求和承載能力要求。

關(guān)鍵詞：變彎度機(jī)翼； 后緣； 滑槽耳片； 設(shè)計與驗(yàn)證

中圖分類號：V224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.12.002

變彎度機(jī)翼可以通過調(diào)整機(jī)翼翼型的彎度滿足飛機(jī)最佳氣動要求，提高飛機(jī)飛行效率，達(dá)到降低燃油消耗、降低噪聲的作用[1-4]。目前國內(nèi)外形成的變彎度機(jī)翼后緣結(jié)構(gòu)方案有剛性多指節(jié)后緣、基于剛?cè)狁詈系暮缶壏桨竅5-6]等。與機(jī)翼前緣不同，機(jī)翼后緣形狀為細(xì)長形，并且從設(shè)計、工程制造方面考慮，機(jī)翼后緣蒙皮需分為上蒙皮和下蒙皮。從翼型剖面來看，變彎度機(jī)翼后緣在下偏過程中，后緣上蒙皮、后緣下蒙皮的彎度會發(fā)生變化，并且大部分情況伴隨蒙皮弦向長度的變化。上、下蒙皮變彎過程中的彎度和長度變化的解決方案有特殊彈性材料的柔性蒙皮、自適應(yīng)蜂窩結(jié)構(gòu)柔性蒙皮[7]、波紋結(jié)構(gòu)柔性蒙皮、蒙皮與后緣主機(jī)構(gòu)的柔性鉸鏈連接[6]等。上述方案是一種創(chuàng)新，尚處于技術(shù)探索和研究階段，還有很多難點(diǎn)需要解決。

在機(jī)械設(shè)計中，為解決機(jī)構(gòu)變形協(xié)調(diào)問題，多種多樣的變形結(jié)構(gòu)或運(yùn)動連接形式被使用。其中，滑槽或滑塊方案在機(jī)械設(shè)計中實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動并補(bǔ)償剛?cè)狁詈系淖冃螀f(xié)調(diào)被廣泛應(yīng)用。針對傳統(tǒng)撲翼飛行器機(jī)翼拍打存在相位差的問題，一種使用曲柄滑槽機(jī)構(gòu)傳動的撲翼飛行器被設(shè)計[8]出來。陳秀等[9]提出了一種新型搖塊滑槽式少齒差輸出機(jī)構(gòu)，并通過運(yùn)動學(xué)建模對其運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了分析。李啟等[10]針對目前折翼飛行器折疊機(jī)構(gòu)較少和折疊幅度小的問題，通過改進(jìn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計了一款能夠大幅度折疊和展開的折疊翼機(jī)構(gòu)。

針對變彎度機(jī)翼后緣在下偏過程中，后緣上、下蒙皮與后緣機(jī)構(gòu)的相對位置發(fā)生變化，為了保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動與蒙皮變形相協(xié)調(diào)，同時考慮后緣整體對結(jié)構(gòu)剛度的要求，本文提出了一種技術(shù)成熟度較高的后緣機(jī)構(gòu)與蒙皮的連接形式，即基于滑槽的連接形式。

1 研究背景

在變彎度機(jī)翼技術(shù)研究過程中，針對變彎度機(jī)翼后緣提出了多種設(shè)計方案，包含多指節(jié)方案、偏心梁方案[11]、基于剛性機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁詈戏桨福▌傂詸C(jī)構(gòu)與蒙皮之間采用柔性連接）等，并且分別對上述方案進(jìn)行了驗(yàn)證。在方案驗(yàn)證和改進(jìn)過程中，本文以基于剛性機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁詈戏桨笧榛鶞?zhǔn)方案，衍生出一種后緣剛性機(jī)構(gòu)與蒙皮連接的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新性地采用滑槽耳片結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)與后緣上、下蒙皮的連接，為解決后緣機(jī)構(gòu)與蒙皮的運(yùn)動協(xié)調(diào)提供了一種思路。