飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

鄭 紅

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，溫州 325035）

在飛機(jī)起飛或降落的一段時(shí)間內(nèi)，飛機(jī)的飛行速度很低，這種狀況直接導(dǎo)致飛機(jī)的升力下降或不足，飛機(jī)就會(huì)有墜落的風(fēng)險(xiǎn)，為了在起飛或降落期間臨時(shí)增加飛機(jī)的升力，就出現(xiàn)了襟翼這種設(shè)計(jì)。飛機(jī)在高空正常巡航飛行時(shí)，機(jī)翼看上去就像一個(gè)整體，其實(shí)機(jī)翼前緣、后緣都裝有長(zhǎng)短、寬度不同的翼片，有的可向下偏轉(zhuǎn)，有的可向前伸出，有的可向后滑退。這些翼片就像衣服下襟隨風(fēng)擺動(dòng)一樣，科學(xué)家給它起了一個(gè)十分形象的名稱——襟翼。飛機(jī)停在機(jī)場(chǎng)或在高空巡航飛行時(shí)，襟翼都收攏在機(jī)翼前緣或后緣上，對(duì)飛機(jī)的飛行速度無影響。在飛機(jī)起飛或降落的特殊時(shí)段內(nèi)，襟翼必須動(dòng)作，在操縱機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下襟翼向后下方偏轉(zhuǎn)，增大機(jī)翼的彎度，提高飛機(jī)的上升力。因?yàn)榻笠聿倏v機(jī)構(gòu)所占空間位置較大，且只對(duì)襟翼收起與放下兩個(gè)工作位置有要求，但位置精度要求不高，對(duì)襟翼展開動(dòng)作過程基本無要求，所以襟翼操縱機(jī)構(gòu)選擇連桿機(jī)構(gòu)，采用液壓驅(qū)動(dòng)。飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)外觀如圖1所示，飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)外觀圖

圖2 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

1 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)如圖3所示，襟翼操縱機(jī)構(gòu)連桿CB的長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)翼空間位置構(gòu)造確定為850mm，襟翼疊起收藏和放下偏轉(zhuǎn)兩個(gè)工作位置C1B1、C2B2，即確定了連桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鉸鏈B鉸、C鉸的位置，B鉸、C鉸安裝在襟翼允許安裝的空間內(nèi)。C1B1以上空間位置為機(jī)翼，連桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)固定鉸鏈A鉸、D鉸安裝在機(jī)翼允許安裝的空間內(nèi)。根據(jù)飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)及機(jī)翼空間位置狀況，本連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成雙搖桿機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)既能滿足襟翼展開工作要求，又最節(jié)省空間，從機(jī)構(gòu)傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，要求雙搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角≥40°。飛機(jī)襟翼展開雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)作圖步驟如下，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

圖3 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)

圖4 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

首先確定雙搖桿機(jī)構(gòu)連桿C1B1、C2B2的兩個(gè)工作位置及長(zhǎng)度；連接直線C1c2、B1B2，分別作直線C1c2、B1B2的中垂線M、N；將直線C1B1圍繞C1點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過50°（為了保證機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角≥40°），并與中垂線M交于D鉸，即∠B1c1D=50°，此角度即為飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)處于收起位置時(shí)的傳動(dòng)角；過D鉸作水平線，水平線與中垂線N交于A鉸，連接AB1c1D，連桿C1B1即為飛機(jī)襟翼收起位置，連接AB2c2D，連桿C2B2即為飛機(jī)襟翼放下位置；測(cè)量飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)各桿件長(zhǎng)度及傳動(dòng)角。

2 飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)驗(yàn)證

從飛機(jī)襟翼展開雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中，人們得知主動(dòng)搖桿AB工作擺角范圍為35.1°～60.5°，四桿機(jī)構(gòu)各桿件長(zhǎng)度 AB=a=4039.19mm，BC=b=850mm，CD=c=2894.71mm，AD=d=2570.65mm，其中機(jī)構(gòu)最短桿與最長(zhǎng)桿之和為4889.19mm，其余中間兩桿長(zhǎng)度之和為5465.36mm，因?yàn)?889.19mm＜5465.36mm，且最短桿BC的對(duì)邊AD做機(jī)架，所以該機(jī)構(gòu)確證為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

接下來驗(yàn)證此機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角，襟翼收起位置AB1c1D，主動(dòng)搖桿AB與機(jī)架AD的角度為35.1°，傳動(dòng)角為50°；襟翼放下位置AB2c2D，主動(dòng)搖桿AB與機(jī)架AD的角度為60.5°，傳動(dòng)角為180°-137.1°=42.9°，滿足飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)最小傳動(dòng)角≥40°的要求。

最后要求驗(yàn)證飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)的兩個(gè)工作位置AB1c1d（襟翼收起位置）、AB2c2D（襟翼放下位置）是否在雙搖桿機(jī)構(gòu)左右極限位置之內(nèi)，該雙搖桿機(jī)構(gòu)是以連桿BC為最短桿，連桿BC做的是平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，連桿BC本身能夠做360°回轉(zhuǎn)。雙搖桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)搖桿AB擺角極限位置由兩次共線位置決定，一次是主動(dòng)搖桿AB與連桿BC共線，通過解析法可以計(jì)算出角度角度Ψ0，另一次是搖桿CD與連桿BC共線，通過解析法可以計(jì)算出角度φm，如圖5所示。

由式（1）、式（2）可得：φm=64.6°，Ψ0=53.2°。

飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)在襟翼收起位置時(shí)，主動(dòng)搖桿AB工作擺角∠B1AD=35.1°，而雙搖桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)搖桿AB左極限擺角為∠B3AD=28.3°，此時(shí)主動(dòng)搖桿AB與連桿BC共線，即AB3c3D，主動(dòng)搖桿AB左極限位置由角度Ψ0=53.2°決定，可以判斷飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)在襟翼收起位置時(shí)處于雙搖桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)搖桿AB左極限位置之內(nèi)。飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)在襟翼放下位置時(shí)，主動(dòng)搖桿AB工作擺角∠B2AD=60.5°，雙搖桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)搖桿AB右極限擺角為∠B4AD=64.6°，此時(shí)搖桿CD與連桿BC共線，即AB4c4D，主動(dòng)搖桿AB右極限位置由角度φm=64.6°決定，可以判斷飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)在襟翼放下位置時(shí)處于雙搖桿機(jī)構(gòu)在主動(dòng)搖桿AB右極限位置之內(nèi)，如圖6所示。

通過上述設(shè)計(jì)分析計(jì)算，用CAD繪制飛機(jī)襟翼展開機(jī)構(gòu)裝配圖，裝配圖以襟翼展開機(jī)構(gòu)工作位置繪制。設(shè)計(jì)工作完成后，經(jīng)模擬樣機(jī)試制使用效果良好，如果操縱機(jī)構(gòu)連桿橫截面積再大點(diǎn)，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)更好，連桿的強(qiáng)度、剛度也更高；如果操縱機(jī)構(gòu)連桿長(zhǎng)度再短點(diǎn)，機(jī)翼空間位置更加充裕；如果雙搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角能夠控制在50°以上，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)動(dòng)力性能更優(yōu)。

圖5 雙搖桿機(jī)構(gòu)左右極限位置

圖6 主動(dòng)搖桿AB擺角極限位置