淺析幾何法在曲柄滑塊式襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

董 萌

（中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210）

為使襟翼在飛機(jī)起飛、巡航、著陸過程中，處于氣動(dòng)要求的指定位置，飛機(jī)襟翼的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)型式有多種多樣，其中曲柄滑塊式機(jī)構(gòu)是應(yīng)用非常廣泛的一種（見圖1）。該型機(jī)構(gòu)工作原理為：驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑塊在滑軌上移動(dòng)，襟翼與連桿固定在一起，隨著滑塊的移動(dòng)，襟翼變換位置，滿足氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求。

圖1 曲柄滑塊式襟翼機(jī)構(gòu)

在民用飛機(jī)后緣襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往已知飛機(jī)在起飛、巡航、著陸過程中各工況下的襟翼位置，本文以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)襟翼機(jī)構(gòu)為例（見圖1），介紹幾何法在襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定襟翼位置中的應(yīng)用。

1 幾何法原理[1]

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OAC（見圖2）中，連桿AC從位置A1C1到A2C2所轉(zhuǎn)過的角度為θ，作A1A2和C1C2的垂直平分線na和nc，其交點(diǎn)P12為連桿相對(duì)機(jī)架從位置1轉(zhuǎn)到位置2的轉(zhuǎn)動(dòng)極點(diǎn)。因ΔP12A1C1≌ ΔP12A2C2，故

圖2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

基于上述關(guān)系，推論如下：

1）連桿AC（襟翼）上任意點(diǎn)均繞P12做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且P12點(diǎn)唯一；

2）曲柄與連桿鉸鏈點(diǎn)A1在與na夾角為的直線上；

3）連桿與滑塊鉸鏈點(diǎn)C1在與nc夾角為的直線上；

4）固定鉸鏈點(diǎn)O在na上；

5）滑軌平行于 C1C2，且垂直于 nc；

6）鉸鏈點(diǎn)A的位置1和位置2關(guān)于na對(duì)稱；

7）鉸鏈點(diǎn)C的位置1和位置2關(guān)于nc對(duì)稱。

2 幾何法求解曲柄滑塊式襟翼機(jī)構(gòu)

在曲柄滑塊襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般地以襟翼起飛、巡航、著陸時(shí)的姿態(tài)為輸入。即已知三個(gè)連桿位置且連桿鉸鏈點(diǎn)位置未知的情況，幾何作圖法求解機(jī)構(gòu)過程如下，相關(guān)字符意義參考圖3.

圖3 幾何作圖法求解曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

（1）用襟翼截面的翼弦表示襟翼在巡航、起飛、著陸時(shí)的位置，分別為E1F1、E2F2、E3F3各位置相對(duì)巡航時(shí)的轉(zhuǎn)角為 θ12、θ13；

（2）連接F1F2并作其垂直平分線nF1F2，連接E1E2并作其垂直平分線nE1E2，nF1F2和nE1E2的交點(diǎn)即為轉(zhuǎn)動(dòng)極P12，作∠OP12A1=∠n P12C1=θ12；連接 F1F3并c1作其垂直平分線nF1F3，連接E1E3并作其垂直平分線nE1E3，nF1F3和 nE1E3的交點(diǎn)即為轉(zhuǎn)動(dòng)極 P13，作∠OP13A2=∠n P13C2=θ13；

（3）固定鉸鏈點(diǎn)O即為la1、la2的交點(diǎn)，連桿鉸鏈點(diǎn) B 即為 lb1、lb2的交點(diǎn)，滑塊鉸鏈點(diǎn) C 即為 lc1、lc2、的交點(diǎn)，約束nc1、nc3相互平行，過C作ld1的垂線m即為滑塊的運(yùn)動(dòng)直線；

（4）在襟翼運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)新建草圖，創(chuàng)建位置1的點(diǎn)O、A、C、直線m、EF的投影并隔離，固定點(diǎn)O和直線m，創(chuàng)建OA和AC的長(zhǎng)度約束，創(chuàng)建點(diǎn)C和直線m的相合約束，固連AC和EF，轉(zhuǎn)動(dòng)OA，檢驗(yàn)EF是否滿足巡航、起飛、著陸時(shí)的位置要求。

3 應(yīng)用分析

民用飛機(jī)機(jī)翼多為后掠機(jī)翼，襟翼沿后梁布置，且后梁與機(jī)翼展向夾角較大，一般大于20°.當(dāng)襟翼運(yùn)動(dòng)方向與后梁平面垂直時(shí)，襟翼運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)單的平面運(yùn)動(dòng)，上述方法求解的機(jī)構(gòu)優(yōu)化后可直接使用。當(dāng)襟翼要求與展向垂直的方向（即順氣流方向）運(yùn)動(dòng)時(shí)，因機(jī)翼后梁平面與運(yùn)動(dòng)平面存在不再垂直，襟翼的運(yùn)動(dòng)不再是平面運(yùn)動(dòng)，而是復(fù)雜的空間轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)的疊加，上述方法確定機(jī)構(gòu)，僅可滿足襟翼在順氣流平面內(nèi)的位置要求，不能準(zhǔn)確定位襟翼沿機(jī)翼展向的運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

幾何法建立襟翼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線架模型，快捷并直觀，可清晰反映各鉸鏈點(diǎn)的變化規(guī)律。本文以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，詳細(xì)闡述了幾何法在襟翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并指出：

1）已知襟翼四個(gè)位置，則可唯一確定滑塊鉸鏈點(diǎn)C和滑塊的運(yùn)動(dòng)直線m的位置，固定鉸鏈點(diǎn)A和桿鉸鏈點(diǎn)B的位置不唯一，可結(jié)合空間及載荷傳遞要求進(jìn)一步優(yōu)化；

2）該方法適用于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面垂直于機(jī)翼后梁的情況，不完全適用于襟翼順氣流運(yùn)動(dòng)的情況，針對(duì)順氣流運(yùn)動(dòng)的襟翼機(jī)構(gòu)需開展進(jìn)一步深入研究。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·機(jī)構(gòu)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.