機(jī)尾翼三維百分線快速設(shè)計(jì)技術(shù)研究

閆亞峰，張文俊，程世明，何愛平，張惠華，雷玉如

（江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 南昌 330024）

引言

機(jī)尾翼是飛機(jī)的重要部件，機(jī)翼產(chǎn)生升力，尾翼起穩(wěn)定與操縱作用。它們共同的特點(diǎn)是直母線表面部件。所謂直母線表面是一條直線作為母線，按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)形成的軌跡面稱之為直母線表面。具有這種表面的部件稱之為直母線部件。飛機(jī)上具有這種表面的部件有機(jī)翼、尾翼以及它們所屬的付翼、襟翼、舵面等部件。為使此類部件的縱向構(gòu)件外形呈直線或呈梯形狀，簡(jiǎn)化施工難度，在機(jī)尾翼部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往將各縱向構(gòu)件布置在等百分線處，以達(dá)到簡(jiǎn)化工藝、減少工裝投入，加快項(xiàng)目研制速度等目的。

1 機(jī)尾翼外形特征介紹

由直母線原理得知，每個(gè)機(jī)翼或尾翼外形，均存在兩個(gè)翼型兩個(gè)控制切面，母線的兩個(gè)端點(diǎn)分別按兩控制切面翼型弦長(zhǎng)的相同百分?jǐn)?shù)型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)[1]，如圖1。我們分別稱之為根部翼型控制切面用Ⅰ-Ⅰ表示簡(jiǎn)稱Ⅰ控，梢部翼型控制切面用表示Ⅱ-Ⅱ簡(jiǎn)稱Ⅱ控。

這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)就是按百分線布置的縱向構(gòu)件如：梁、長(zhǎng)桁、墻等外形均呈梯形的平面板件，可簡(jiǎn)化工藝。

2 創(chuàng)建翼百分線環(huán)境及依據(jù)

在CATIA V5 3D 環(huán)境下，以理論模或產(chǎn)品數(shù)模外部參考中尋找已知條件，創(chuàng)建三維機(jī)尾翼百分線[2]。必須具備的條件有外形片體、弦平面、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面、控制切面。

3 典型翼型百分線設(shè)計(jì)

1）兩個(gè)控制切面互相平行，且弦線在同一個(gè)平面上（見圖2）。這種母線的運(yùn)動(dòng)一般是按各控制切面翼型弦長(zhǎng)的相同百分線上的型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)[3]，即X%=Xg/bg=Xs/bs。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)就是按百分線布置大梁、墻、長(zhǎng)桁時(shí)，梁、墻、長(zhǎng)桁均是呈梯形的平面板件，在施工工藝上是最簡(jiǎn)單的，因此，機(jī)翼、尾翼（垂尾、平尾）多為該翼型。

該翼型百分線設(shè)計(jì)：控制切面的確定。在理論外形片體的根部、梢部尋找兩平行及垂直弦平面的控制切面與翼型弦線；作根弦、梢弦百分點(diǎn)；按根弦、梢弦百分點(diǎn)，垂直弦線作直線與控制切面曲線相交，得到百分點(diǎn)處型值點(diǎn)；上下翼面分別按等百分型值點(diǎn)作直線，得到百分線；百分線檢測(cè)。通過【距離分析】命令檢測(cè)百分線與翼表面的距離，若距離為零，百分線正確，若有距離[4]，則說明百分線錯(cuò)誤，重新設(shè)計(jì)，直到百分線與翼表面完全貼合，距離為零止。

2）兩個(gè)控制切面不平行且兩條弦線在同一個(gè)平面上，但同時(shí)垂直水平面或弦平面垂直于弦面（見圖3），其母線運(yùn)動(dòng)存在兩種情況。一是母線的一端點(diǎn)按稍部控制面的百分型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，二是母線的一端點(diǎn)按根部控制面的百分型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)[5-6]。這種翼型的百分線設(shè)計(jì)是按母線運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定。母線按那個(gè)控制切面運(yùn)動(dòng)，百分線設(shè)計(jì)就按那個(gè)弦長(zhǎng)進(jìn)行百分，另一個(gè)控制切面轉(zhuǎn)換為與基準(zhǔn)切面平行的切面進(jìn)行百分線設(shè)計(jì)（見圖3）。即將bg弦長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為bg’弦長(zhǎng)進(jìn)行百分。

該翼型百分線設(shè)計(jì)：控制切面的確定。在理論外形片體的根部或梢部尋找基準(zhǔn)切面，并將另一控制切面轉(zhuǎn)換為與基準(zhǔn)切面平行的切面含翼型弦線；作基準(zhǔn)控制切面與轉(zhuǎn)換后切面翼型弦長(zhǎng)百分點(diǎn)；按基準(zhǔn)控制切面與轉(zhuǎn)換后切面翼型弦長(zhǎng)百分點(diǎn)，垂直弦線作直線與控制切面曲線相交，得到百分點(diǎn)處型值點(diǎn)；上下翼面分別按等百分型值點(diǎn)作直線，得到百分線；百分線檢測(cè)。通過【距離分析】命令檢測(cè)百分線與翼表面的距離，若距離為零，百分線正確，若有距離，則說明百分線錯(cuò)誤，重新設(shè)計(jì)，直到百分線與翼表面完全貼合，距離為零止。

3）兩個(gè)控制切面不互相平行其中一個(gè)切面垂直弦平面，另一個(gè)切面與弦平面成一個(gè)夾角（見圖4）。

這種情況多出現(xiàn)在具有上反角或下反角的機(jī)翼轉(zhuǎn)角處，這時(shí)的母線運(yùn)動(dòng)一般是按稍部型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而根部基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的型值點(diǎn)要偏一個(gè)角，而不是在根部理論的百分型值點(diǎn)上，否則按相同的百分線布置的梁墻長(zhǎng)桁將成為一扭面，破壞良好的工藝性。

該翼型百分線設(shè)計(jì)：控制切面的確定。在理論外形片體梢部尋找基準(zhǔn)切面，并將根部控制切面轉(zhuǎn)換為與梢部控制切面平行的切面含翼型弦線；作梢部控制切面與轉(zhuǎn)換后根部切面翼型弦長(zhǎng)百分點(diǎn)；通過梢部控制切面與轉(zhuǎn)換后根部切面弦長(zhǎng)百分點(diǎn)，垂直弦線作直線與控制切面曲線相交，得到百分點(diǎn)處型值點(diǎn)；上下翼面分別按等百分型值點(diǎn)作直線，得到百分線；百分線檢測(cè)。通過【距離分析】命令檢測(cè)百分線與翼表面的距離，若距離為零，百分線正確，若有距離，則說明百分線錯(cuò)誤，重新設(shè)計(jì)，直到百分線與翼表面完全貼合，距離為零止。

4）扭轉(zhuǎn)翼型，各肋的翼弦不在同一個(gè)平面上，根部翼弦與稍部翼弦有一個(gè)扭轉(zhuǎn)角。其母線仍是直線，但母線運(yùn)動(dòng)有多樣、較復(fù)雜（見圖5）。扭轉(zhuǎn)機(jī)翼母線運(yùn)動(dòng)可出現(xiàn)兩種情況。一是母線按翼弦扭轉(zhuǎn)后，兩個(gè)基準(zhǔn)切面的同名百分號(hào)的型值點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，形成翼表面。二是按平行的基準(zhǔn)，形成表面同第一種情況后再扭轉(zhuǎn)。

扭轉(zhuǎn)翼型百分線設(shè)計(jì)：在理論外形片體的根部、梢部尋找兩平行的控制切面與翼型弦線；作根弦、梢弦百分點(diǎn)；通過梢部控制切面與根部切面弦長(zhǎng)百分點(diǎn)，作弦線、垂直轉(zhuǎn)換后弦線或I 控II 控的翼型基準(zhǔn)線的垂線，與控制切面曲線相交，得到百分點(diǎn)處型值點(diǎn)；上下翼面分別按兩控制切面相同百分型值點(diǎn)連直線，得到百分線；百分線檢測(cè)。通過【距離分析】命令檢測(cè)百分線與翼表面的距離，若距離為零，百分線正確，若有距離，則說明百分線錯(cuò)誤或求型值點(diǎn)時(shí)，垂直的元素不對(duì)，重新設(shè)計(jì)，直到百分線與翼表面完全貼合，距離為零。

4 機(jī)尾翼外形光順檢側(cè)

使用CATIA V5R18 軟件，進(jìn)入【自由曲面模塊】，對(duì)機(jī)尾翼外形進(jìn)行光順檢側(cè)。

1）橫向切面外形通過【梳狀分析】命令，進(jìn)行曲線的曲率梳檢測(cè)，分析曲線的曲率連續(xù)性，反映曲線的光順性程度（見下頁圖6）。

2）創(chuàng)建機(jī)尾翼百分線，進(jìn)行縱向相同百分?jǐn)?shù)型值點(diǎn)直線度檢查（見下頁圖7）。

3）通過【曲面曲率分析】命令，進(jìn)行曲面曲率分析。曲面的曲率用色標(biāo)的形式表現(xiàn)，分析曲面內(nèi)的曲率變化情況，反映曲面的光順性。

4）通過【連接檢查分析】命令，進(jìn)行與機(jī)身及翼尖曲面間的連續(xù)與光順情況檢測(cè)。反映出曲面間的光順性。

5 結(jié)語

三維機(jī)尾翼百分線的快速設(shè)計(jì)，是當(dāng)下模線制造業(yè)，設(shè)計(jì)技術(shù)的傳承與突破，是進(jìn)行機(jī)尾翼外光順檢測(cè)的基礎(chǔ)，既能滿足當(dāng)下數(shù)字化制造的要求，又能為零件與型架制造提供合理的制造依據(jù)，是全力推廣主控工藝數(shù)模，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享的內(nèi)容之一。