民用飛機(jī)垂直尾翼后緣艙布置方法研究

張燕喬

【摘 要】民用飛機(jī)垂直尾翼簡稱垂尾，用來保持飛機(jī)在飛行中左右（偏航）方向的穩(wěn)定性和控制飛機(jī)在左右（偏航）方向的飛行姿態(tài)。垂尾后緣艙主要布置有方向舵作動器、結(jié)構(gòu)肋板、液壓管路、電氣電纜。本文主要介紹了民用飛機(jī)垂尾后緣艙布置的原則和影響因素，為民用飛機(jī)垂尾后緣艙布置提供了設(shè)計方法和思路。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；垂尾后緣艙；方向舵作動器；結(jié)構(gòu)肋板；液壓管路；電氣電纜

0 引言

民用飛機(jī)垂直尾翼按區(qū)域分為前緣、盒段和后緣，垂尾后緣艙連接飛機(jī)方向舵，如圖1所示。后緣艙是為滿足方向舵的氣動要求和懸掛方向舵的力而設(shè)計的剛性結(jié)構(gòu)，主要由左右壁板、橫向肋、接頭座、口蓋及密封件等組成，如圖2所示。

根據(jù)后緣艙的功能，后緣艙內(nèi)布置有飛控系統(tǒng)作動器，液壓系統(tǒng)管路以及EWIS電纜，液壓油及電信號共同驅(qū)動作動器帶動方向舵偏轉(zhuǎn)。為保證剛度要求，后緣艙內(nèi)布置有一系列強(qiáng)弱不同的橫向肋；液壓管路及電纜依次穿過橫向肋上減輕孔分布。

后緣艙空間較小但作用十分關(guān)鍵，在飛機(jī)設(shè)計初期，需從總體的角度出發(fā)，全面考慮，合理布置，以滿足飛機(jī)最佳性能和飛機(jī)適航取證為最終目標(biāo)。

1 民用飛機(jī)垂尾后緣艙布置原則

民用飛機(jī)垂直尾翼后緣艙是懸掛和驅(qū)動方向舵的重要區(qū)域，對其內(nèi)各系統(tǒng)進(jìn)行布置設(shè)計的目標(biāo)與原則是：為方向舵作動器提供合適的布置空間及工作環(huán)境，保障其安全、有效工作。后緣艙內(nèi)的液壓管路及電氣電纜布置必須確保安全性、可靠性和可維護(hù)性，滿足適航條例要求。

2 民用飛機(jī)垂尾后緣艙布置設(shè)計要求

民用飛機(jī)垂直尾翼后緣艙在總體布置設(shè)計時，應(yīng)在符合適航條例要求的基礎(chǔ)上，滿足總體設(shè)計要求及其他相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計要求。

2.1 適航要求

所有的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)安裝均要滿足CCAR-25-R4相關(guān)條款要求[1]。具體如下：

1）CCAR 25.301 載荷；

2）CCAR 25.303 安全系數(shù)；

3）CCAR 25.393 平行于鉸鏈線的載荷；

4）CCAR 25.581 閃電防護(hù)；

5）CCAR 25.611 可達(dá)性措施；

6）CCAR 25.685 操縱系統(tǒng)的細(xì)節(jié)設(shè)計；

7）CCAR 25.863 可燃液體的防火；

8）CCAR 25.869 系統(tǒng)防火；

9）CCAR 25.1301 功能和安裝；

10）CCAR 25.1309 設(shè)備、系統(tǒng)及安裝；

11）CCAR 25.1316 系統(tǒng)閃電防護(hù)；

l2）CCAR 25.1353 電氣設(shè)備及安裝；

13）CCAR 25.1431 電子設(shè)備；

14）CCAR 25.1435 液壓系統(tǒng)。

2.2 總體布置要求

1）飛機(jī)內(nèi)部設(shè)備、系統(tǒng)配置原則上服從于結(jié)構(gòu)主受力件布置；

2）機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)線路的配置與安裝，首先應(yīng)確保飛機(jī)主要運(yùn)動部件的定位與安裝以及相應(yīng)的運(yùn)動間隙控制；

3）根據(jù)經(jīng)驗，運(yùn)動件與固定件之間的最小運(yùn)動間隙可以0.5inch為下限要求。

2.3 液壓管路布置要求

1）有支承處：在導(dǎo)管用卡箍固定在結(jié)構(gòu)或其他剛性零件上的地方，卡箍兩邊導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)之間一般間隙要求為0.25inch，而在卡箍處附近導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)之間間隙要求可適當(dāng)降低。

2）無支承處：為了防止在工作中由于變形或運(yùn)動而與零件的凸出部分、螺栓、螺母、卡箍或結(jié)構(gòu)銳棱處相接觸，導(dǎo)管與上述物體之間必須留有足夠的間隙，考慮安裝及維修公差因素，在最不利的情況下建議保留0.25inch間隙，在卡箍間的設(shè)備與相鄰結(jié)構(gòu)之間建議保留0.5inch的間隙。當(dāng)導(dǎo)管通過結(jié)構(gòu)減輕孔處時，必須采取措施避免導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)接觸，推薦在此處的導(dǎo)管上安裝卡箍固定導(dǎo)管。

2.4 電氣電纜布置要求

1）流體管路和設(shè)備需要電氣連接時或者它們的實際間隙小于2inch處，布線必須被附近的主支撐可靠定位，一般需保持0.5inch的間隙。也可以利用布線卡箍和管路卡箍之間的固定維持間隙。當(dāng)布線與管路隔離采用非金屬硬管、金屬管、電纜槽、其他適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)屏障時，相關(guān)的最小間隙要求不適用。為防液體污染，任何管路（含水/廢水）的下方不得設(shè)置接線器件。

2）線束和可移動部件（例如，鉸鏈和旋轉(zhuǎn)連接件，具體像駕駛手柄、操縱輪、扭力桿、活動面）之間的最小距離按照經(jīng)驗一般為0.5inch，個別位置不能符合該要求時，必須采取局部保護(hù)措施。

3）如果線束與結(jié)構(gòu)銳邊之間的間隙小于3/8inch，則應(yīng)安裝合適的鑲?cè)蚍滥ミ?，線束與結(jié)構(gòu)銳邊之間可保持的最小間隙建議為1/16inch，并不得承受除自身重量以外的任何附加機(jī)械應(yīng)力。有防護(hù)線束穿過壁厚而孔小的結(jié)構(gòu)開孔時，可以采用鑲?cè)蚍滥ミ呏危部晒嗝芊饽z固定替代防磨邊。

2.5 維修性要求

總體布置設(shè)計時，應(yīng)滿足垂尾后緣艙內(nèi)各系統(tǒng)維修性要求，主要是安裝、維修通道的開敞性要求和可達(dá)性方面的要求。

2.6 經(jīng)濟(jì)性要求

垂尾后緣艙布置時，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，必須兼顧經(jīng)濟(jì)性要求，減少相關(guān)系統(tǒng)更改、維修費(fèi)用。

3 垂尾后緣艙布置的影響因素

垂尾后緣艙布置的影響因素包括：方向舵作動器的布置、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布置、液壓系統(tǒng)管路與電氣電纜的空間布置和維修性因素等。

3.1 方向舵作動器的布置

方向舵作動器布置于后緣艙內(nèi)，用于驅(qū)動方向舵的運(yùn)動。為了使整個操縱面得到較為均勻的驅(qū)動力，原則上作動器應(yīng)安裝在操縱面展向1/3-1/2的位置。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

后緣艙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布置主要指若干個強(qiáng)弱不同的橫向肋的依次排布。如圖3所示，除了作動器區(qū)域，大部分后緣艙橫向肋與垂直安定面的翼肋一一對應(yīng)。垂直安定面翼肋是根據(jù)壁板的支撐需要和方向舵作動器及鉸鏈點(diǎn)的位置確定，一般肋軸線垂直于后梁布置。根據(jù)方向舵操縱接頭在轉(zhuǎn)軸展向的分布位置，布置作動器區(qū)域的懸掛點(diǎn)和后緣艙支架肋，進(jìn)而確定主承力翼盒在作動器安裝區(qū)域的肋位置，使得主承力翼盒的肋與后緣艙支架肋的軸線在后梁平面處交匯。主承力翼盒其他肋主要用于維持垂直安定面的氣動外形，按照一定間距大致均布，根部密而尖部稍疏。據(jù)此布置后緣艙內(nèi)作動器區(qū)域以外的支架肋，使得后緣的肋軸線與主承力翼盒肋的軸線在后梁平面內(nèi)交匯。

此外，用于懸掛方向舵的耳片式接頭直接或通過接頭座間接固接在對應(yīng)的加強(qiáng)肋上。為確保方向舵的靈活而可靠的轉(zhuǎn)動，各耳片接頭上都有自潤滑的調(diào)心球軸承（關(guān)節(jié)軸承）。

3.3 液壓系統(tǒng)管路與電氣電纜的空間布置

液壓管路與EWIS電纜由上至下敷設(shè)于后緣艙，用于共同驅(qū)動方向舵作動器。兩個系統(tǒng)的布置除了需分別滿足各自的規(guī)范外，其空間相對位置也有特殊要求。具體布置方法如下：

1）在后緣艙每個橫向肋上開減輕孔，使得液壓管路與EWIS電纜穿過；管路與電纜通過卡箍和支架固定在結(jié)構(gòu)上。

2）液壓管路與EWIS電纜之間間距應(yīng)滿足兩個系統(tǒng)布置安裝規(guī)范，在無法滿足規(guī)范要求間距時，應(yīng)至少保證0.25inch的最小經(jīng)驗值。

3）按照CCAR25.863相關(guān)條款要求，在垂尾后緣艙內(nèi)，液壓潛在泄漏源不應(yīng)布置在電纜上方，否則存在液壓泄漏液體腐蝕電纜并引起電弧起火的隱患。故EWIS電纜需在空間位置上盡量布置于液壓管路上方或錯開。在穿過結(jié)構(gòu)肋板減輕孔時，可考慮電纜在上、液壓在下，或者展向分布兩種不同的布置方法以滿足條款要求，如圖4所示。

4）在作動器區(qū)域，由于空間狹小且液壓管路及EWIS電纜與作動器連接位置固定，故無法完全滿足CCAR25-R4相關(guān)條款要求，此時，允許液壓管路布置在電纜上方的情況出現(xiàn)，如圖5所示。

3.4 維修性影響

垂尾后緣艙需要充分考慮維修性的影響，合理規(guī)劃維護(hù)通道，便于維修人員對后緣艙內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)。民用飛機(jī)垂尾后緣艙兩側(cè)壁板口蓋一般均設(shè)計為可拆卸式，能夠保證維修人員從側(cè)面對艙內(nèi)作動器及管線路進(jìn)行維護(hù)。

4 結(jié)論

垂直尾翼后緣艙的布置對飛機(jī)設(shè)計具有重要意義。后緣艙內(nèi)各系統(tǒng)的布置是一個循序漸進(jìn)、反復(fù)迭代的過程，應(yīng)盡可能充分考慮影響布置的各項因素，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，實現(xiàn)垂尾后緣艙的最優(yōu)化布置。

【參考文獻(xiàn)】

[1]運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn).中國民用航空規(guī)章第25部CCAR-25-R4[S].中國民航總局，2009.

[責(zé)任編輯：王楠]