大型客機(jī)機(jī)翼全機(jī)頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

張元卿

【摘 要】飛機(jī)全機(jī)頂起是飛機(jī)維護(hù)必不可少的操作程序，通過設(shè)置于機(jī)頭、左右機(jī)翼及后機(jī)身的四個頂起結(jié)構(gòu)與千斤頂配合實現(xiàn)飛機(jī)的全機(jī)頂起操作。機(jī)翼頂起結(jié)構(gòu)承載巨大的頂起載荷，對機(jī)翼結(jié)構(gòu)和頂墊、機(jī)翼千斤頂都提出了非常高的承載要求。本文通過對機(jī)翼全機(jī)頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、方案設(shè)計、強(qiáng)度分析、工藝性分析等方面進(jìn)行了描述，為大型客機(jī)全機(jī)機(jī)翼頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了思路和方法。

【關(guān)鍵詞】全機(jī)頂起;頂起接頭;頂墊

中圖分類號： V267;V224文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）24-0015-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.008

【Abstract】Aircraft jacking and lifting is an Essential operation procedure in the aircraft maintenance. The aircraft can be lifted at three point on the structure with three hydraulic jacks. The jacking loads transmitted into the wing structure through the jacking fittings， so both the wing structure， the jack pads and the hydraulic jacks should meet the severe bearing requirements. In this paper， structural design requirements， concept design， stress analysis， processing analysis of the the jacking points structure are introduced in detail. Provide an effective approach for jacking points structure design of wing.

【Key words】Aircraft jacking; Jacking point fitting; Jack pad

0 引言

在飛機(jī)地面維護(hù)過程中，通過三角架千斤頂與設(shè)置于機(jī)體結(jié)構(gòu)上的頂起結(jié)構(gòu)相配合，實現(xiàn)飛機(jī)全機(jī)頂起，以利于飛機(jī)起落架的拆裝更換和維修、起落架的收放試驗及操縱系統(tǒng)檢查、飛機(jī)的水平測量、飛機(jī)裝配對接、飛機(jī)的大修及定檢等工作[1]。

機(jī)翼全機(jī)頂起設(shè)計的實現(xiàn)包括兩個方面內(nèi)容，即機(jī)翼頂起點結(jié)構(gòu)設(shè)計和頂墊結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 設(shè)計要求

1.1 頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計通用要求

（1）應(yīng)在機(jī)體提供4個頂起點，由位于機(jī)身前部（或后部）和左、右機(jī)翼上的主頂升點，以及機(jī)身后部（或前部）的輔助頂升點組成，用于頂升整架飛機(jī)。

（2）頂起設(shè)施應(yīng)設(shè)計成能承受在最臨界的重量和重心組合情況下的地面靜載荷引起的限制載荷。

（3）頂起設(shè)施的設(shè)計應(yīng)符合CCAR-25部的相關(guān)要求。

（4）頂起點結(jié)構(gòu)的表面磨損應(yīng)盡可能達(dá)到飛機(jī)壽命;若表面磨損不能達(dá)到飛機(jī)壽命，頂起點及其周圍結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的可達(dá)性和開敞性，以便于頂起點的維護(hù)[2]。

1.2 適航條款要求[3]

（1）飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須設(shè)計成能承受單獨(dú)作用于每個頂升點的垂直靜反作用力1.33倍的垂直載荷，以及該垂直載荷與0.33倍垂直靜反作用力的沿任何方向作用的水平載荷的組合。

（2）千斤頂墊與局部結(jié)構(gòu)必須設(shè)計成能承受單獨(dú)作用于每個頂升點的垂直靜反作用力2.0倍的垂直載荷，以及該垂直載荷與0.33倍垂直靜反作用力的沿任何方向作用的水平載荷的組合。

2 方案設(shè)計

2.1 方案一

在機(jī)翼頂起點周圍提供2個螺紋孔供千斤頂頂墊連接固定，提供2個銷孔連同機(jī)翼下壁板外表面用于傳遞載荷，千斤頂頂墊與機(jī)翼結(jié)構(gòu)通過控制銷孔和螺栓孔之間相對位置保證安裝連接，如圖1所示。

2.2 方案二

在機(jī)翼頂起點周圍提供2個螺紋孔供千斤頂頂墊連接固定，提供2個銷孔連同機(jī)翼下壁板外表面用于傳遞載荷，千斤頂頂墊設(shè)計成可調(diào)整式結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整偏心襯套保證剪切銷與機(jī)翼結(jié)構(gòu)孔配合，如圖2所示。

2.3 方案三

機(jī)翼下壁板提供一個凹槽用于承受頂起載荷，凹槽中心提供一個螺栓孔用于固定千斤頂頂墊，此外機(jī)翼下壁板上提供一個限位銷孔用于防止頂起時頂墊轉(zhuǎn)動，如圖3所示。

3 強(qiáng)度分析

3.1 方案一

極限載荷下，銷釘剪切力為Q=（V×sinθ+S×cosθ）×1.5，銷釘直徑d1，下壁板蒙皮上的襯套孔徑為d2，蒙皮厚度為δ，本方案為2顆銷釘共同承載。頂起點處下蒙皮與全機(jī)坐標(biāo)系下XOZ平面的夾角為θ。

η θ π τ σ

單顆銷釘剪切工作應(yīng)力為：τ=1.15×Q×4/（π×d12×2）。

銷釘剪切裕度為：M.S.=[τ]/τ-1。

銷釘孔襯套內(nèi)孔壁的擠壓工作應(yīng)力為：σbr1=1.15×Q/（2×d1×δ）。

銷釘孔襯套擠壓強(qiáng)度裕度為：M.S.=[σbr1]/σbr1-1。

下壁板蒙皮的銷孔擠壓工作應(yīng)力為：σbr2=1.15×Q/（2×d2×δ）。

下壁板蒙皮襯套孔擠壓裕度為：M.S.=[σbr2]/σbr2-1。

3.2 方案二

方案二強(qiáng)度計算與方案一相同，頂墊設(shè)計偏心襯套進(jìn)行調(diào)節(jié)，需對防止偏心襯套轉(zhuǎn)動影響，此外大載荷是否能經(jīng)受考驗及使用重復(fù)性等，還需試驗和使用證明。

3.3 方案三

下蒙皮厚度為δ1mm，梁緣條厚度δ2，凹槽深度h，凹槽直徑d。

極限載荷下，蒙皮凹槽處的孔壁擠壓工作應(yīng)力：σbr=1.15×1.5×（V×sinθ+S×cosθ）/（d×h）。

蒙皮凹槽的擠壓裕度為：M.S.=[σbr1]/σbr1-1。

極限載荷下，蒙皮凹槽處的垂向剪切工作應(yīng)力為：τ=1.15×1.5×（V×sinθ+S×cosθ）/（π×d）/（δ1+δ2-h）。

蒙皮凹槽處的垂向剪切裕度為：M.S.=[τ]/τ-1。

4 工藝性分析

4.1 方案一

根據(jù)強(qiáng)度分析，本方案使用過程中需要兩個剪切銷同時均勻受力，才能安全的承受條款規(guī)定的頂墊承載要求。千斤頂頂墊、剪切銷均為精密機(jī)加零件，可以保證尺寸公差和形位公差精度精確，因此機(jī)翼上連接孔形位公差的精度保證是頂墊與飛機(jī)配合安裝的前提，然而機(jī)翼結(jié)構(gòu)上開孔涉及零件眾多，必須在翼盒總裝型架上制孔，所以保證尺寸公差及形位公差精確較為困難。

4.2 方案二

采用可調(diào)式頂墊方案，頂墊設(shè)計偏心套補(bǔ)償制造誤差，可調(diào)節(jié)±0.5以上，因此采用本方案對于機(jī)翼頂起連接結(jié)構(gòu)零件制造和裝配來說制造公差可以放大很多。但是在每次全機(jī)頂起時安都需調(diào)節(jié)裝，操作性差，不利于用戶。并且存在機(jī)翼兩孔位置度公差精度無法保證而影響頂起安全性和穩(wěn)定性的可能。

4.3 方案三

對于本方案，因機(jī)翼下壁板蒙皮一般為整體機(jī)加、噴丸成形、噴丸強(qiáng)化的零件，蒙皮上的凹槽尺寸公差難以保證，凹槽中心需要加工盲螺紋孔且需要長期維護(hù)螺紋的自鎖能力難度較大。蒙皮上凹槽較大影響氣動外形，需要增加氣動密封墊塊，墊塊需要用螺栓固定，對于蒙皮凹槽中心盲螺紋孔長期維護(hù)自鎖能力難度較大，并且凹槽及盲螺紋孔對下壁板疲勞不利。

5 結(jié)論

機(jī)翼全機(jī)頂起點結(jié)構(gòu)方案直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)效率及后續(xù)維護(hù)維修，需要開展大量的協(xié)調(diào)和權(quán)衡工作。本文通過對機(jī)翼全機(jī)頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、方案設(shè)計、強(qiáng)度分析、工藝性分析等方面進(jìn)行了描述，為大型客機(jī)全機(jī)機(jī)翼頂起結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了思路和方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會.飛機(jī)設(shè)計手冊第21冊產(chǎn)品綜合保障[M].航空工業(yè)出版社，2000.

[2]CCAR-25-R4，中國民用航空規(guī)章第25部運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]，2011.

[3]《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委會.飛機(jī)設(shè)計手冊第10冊結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].航空工業(yè)出版社，2000.