某型飛機(jī)水平安定面前緣翼肋受損分析

何曉斌 趙繼超 趙鵬

摘要：某型飛機(jī)的水平安定面前緣使用的是氣囊式除冰帶，除冰帶損傷除了會(huì)使飛機(jī)空中除冰功能失效，影響飛行安全，還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致飛機(jī)水平安定面前緣翼肋受損，影響氣動(dòng)性能。因此本文中將從多角度對(duì)除冰帶與翼肋的損傷形式及相互之間的聯(lián)系進(jìn)行力學(xué)分析，找到最終的損傷原因并制定有針對(duì)性的措施。

關(guān)鍵詞：水平安定面；除冰帶；翼肋；失穩(wěn)

Keywords：stabilizer；de-icer boot；ribs；unstability

在日常檢查工作中，發(fā)現(xiàn)某型飛機(jī)右側(cè)水平安定面前緣蒙皮向下輕微凹陷，借助孔探設(shè)備檢查內(nèi)部發(fā)現(xiàn)前緣七處翼肋出現(xiàn)損傷，如圖1所示。遂進(jìn)行了除冰帶在位功能檢查。使用地面氣源操作飛機(jī)尾翼除冰系統(tǒng)，除冰帶在充氣狀態(tài)下，右側(cè)除冰帶上表面出現(xiàn)異常整體膨脹，而左側(cè)除冰帶上下表面均正常膨脹，如圖2所示。在除冰帶工作的同時(shí)，使用孔探設(shè)備進(jìn)入水平安定面前緣內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)受損翼肋在除冰帶膨脹時(shí)，變形加劇。

1 飛機(jī)水平安定面除冰帶工作原理

該型飛機(jī)水平安定面使用的是氣囊式除冰帶，通過(guò)調(diào)節(jié)伺服空氣壓力至23 psi作動(dòng)除冰帶充氣膨脹，將水平安定面前緣的結(jié)冰撐碎以達(dá)到除冰的目的。除冰系統(tǒng)工作時(shí)，23 psi的伺服空氣對(duì)左側(cè)除冰帶充氣，接著放氣，然后對(duì)右側(cè)除冰帶充氣，又放氣，三分鐘后再進(jìn)行該循環(huán)。

除冰帶粘接在水平安定面前緣蒙皮上。翼肋鉚接在前緣蒙皮內(nèi)部，與前緣蒙皮構(gòu)成整體，一起固定在水平安定面前梁上，如圖3所示。除冰帶由兩層橡膠材質(zhì)組成，兩層橡膠材質(zhì)中間通過(guò)簾線均勻地在上表面固定出4個(gè)除冰氣道，如圖4所示。除冰帶正常工作時(shí)，上表面的4個(gè)除冰氣道均勻膨脹，單個(gè)除冰氣道中氣壓作用在蒙皮上表面的氣動(dòng)分布載荷與氣道兩側(cè)簾線對(duì)蒙皮的集中載荷相平衡。

2 翼肋受力分析

2.1 除冰帶內(nèi)部受力分析

根據(jù)對(duì)除冰帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，除冰氣道之間的簾線僅由單獨(dú)一根尼龍線采用類似平針的縫紉方式縫制而成。當(dāng)簾線的某處由于老化及疲勞等因素出現(xiàn)斷裂后，整條簾線會(huì)隨著除冰帶的循環(huán)充放氣而從斷裂處向兩端迅速脫線，最終使相鄰兩個(gè)除冰氣道貫通為一個(gè)除冰氣道。此時(shí)兩側(cè)的簾線所承受的氣動(dòng)拉力增大為原來(lái)的2倍，簾線更易斷裂；當(dāng)除冰帶中間的三根簾線全部斷裂時(shí)，上表面的四個(gè)除冰氣道全部貫通為一個(gè)氣道。此時(shí)兩側(cè)簾線的集中載荷已增大至原來(lái)的4倍（見(jiàn)圖5）。

2.2 翼肋受力分析

蒙皮上的氣動(dòng)分布載荷通過(guò)鉚釘?shù)染o固件集中傳遞到翼肋上，貫通后的翼肋承受的最大剪力增大至原來(lái)的4倍，最大彎矩增大至原來(lái)的16倍（見(jiàn)圖6）。

翼肋的臨界壓力僅為正常單通道下的1/16，此時(shí)的翼肋更容易失穩(wěn)。此時(shí)翼肋承受的載荷比正常情況下更大，超過(guò)了其自身的強(qiáng)度和剛度，翼肋失穩(wěn)、腹板局部變形并形成皺褶。在除冰帶反復(fù)使用過(guò)程中，在腹板皺褶變形處產(chǎn)生疲勞，最終出現(xiàn)裂紋并斷裂。

因此，為防止該類損傷再次發(fā)生，應(yīng)定期對(duì)前緣翼肋的變形、裂紋及緊固件的狀況進(jìn)行詳細(xì)的孔探檢查；此外，還需加強(qiáng)對(duì)除冰帶狀況的檢查及維護(hù)，定期進(jìn)行除冰帶功能測(cè)試，檢查充氣狀態(tài)下各除冰氣道的工作狀況，并定期涂抹防老劑防止其老化。

參考文獻(xiàn)

[1]宋靜波.飛機(jī)構(gòu)造基礎(chǔ)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2011：365-367.

[2]劉根林，沈海軍. 飛機(jī)防冰與除冰技術(shù)綜述[J]. 江蘇航空，2003（4）：18-20.

[3]羅裕富.小型飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)修理簡(jiǎn)析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018（16）：15-16+19.

[4]葉青.一起PA-44-180型飛機(jī)機(jī)翼WS 50.05翼肋裂紋故障分析[J]. 數(shù)字通信世界，2018（9）：272.

[5]李清英，白天，朱春玲.飛機(jī)機(jī)械除冰系統(tǒng)的研究綜述[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2015，35（04）：73-77.

[6]原方，紹興，陳麗.工程力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：200-210.

[7]鐘長(zhǎng)生，洪冠新.飛機(jī)翼面結(jié)冰對(duì)飛行特性影響的研究[J].航空科學(xué)技術(shù)，2004（03）：32-34.

[8] Goodrich De-Icing and Specialty Systems Pneumatic De-Icer Installation，Maintenance & Repair Manual [Z]. Goodrich.2012.

[9] Pneumatic De-icer Warranty Claims ATA Chapter 30 [Z]. Goodrich.2016.