[發明專利]一種民用飛機水平尾翼中央翼

無效

• 申請號: 201210447679.X
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102963521A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 王偉;田云;伍春波;陳亞軍;何景武
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C5/02
• 分類號: B64C5/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于飛機結構設計技術領域，涉及一種能夠減輕水平尾翼中央翼結構重量，提高安全壽命及可靠性的結構裝置。

背景技術

大型客機結構設計是大型飛機研制中關鍵技術之一，而尾翼結構設計是其重要組成部分，我國的大型客機研制工作在結構設計及尾翼設計方面需要不斷創新，解決關鍵技術問題。

對于亞音速民用飛機，水平尾翼設計需要考慮的最嚴重狀態是起飛和著陸，起飛和著陸時，放下襟翼會產生較大的低頭力矩。在飛機起飛抬前輪和著陸時，為保持平穩，平尾必須偏轉到最大限度，以提供足夠的抬頭力矩。因此，設計時只要保證平尾的操縱效率能滿足起飛和著陸的平衡要求，通常就會自動滿足在各種可能的升力系數下的飛行平衡狀態。

據有關資料介紹，上世紀90年代以后，世界上有超過70%的干線客機都采用了安裝角可調式的水平尾翼。相對于其它形式的水平尾翼，該形式水平尾翼既可以滿足起飛和著陸階段的配平要求，又能夠減小配平阻力、平尾面積和飛機重量。水平尾翼中央翼是與水平尾翼的安定面連接，用來保證飛機的縱向平衡、穩定及對飛機縱向(俯仰)操縱的重要機構，其操縱效率和可靠性是影響飛機安全的重要因素，所以提高水平尾翼中央翼的細節設計水平具有十分重要的意義。

可調安裝角的水平尾翼是通過固定在后機身隔框上的螺旋制動器和后梁處的樞軸與后機身連接的。安裝角的調整機理如下：驅動機構（如電動馬達、舵機或者液壓作動筒）運動時，帶動螺桿轉動，螺桿與升降螺母之間螺紋連接，升降螺母通過連接絲杠的支架與平尾中央翼前梁固定。螺桿的螺紋運動產生平尾中央翼前梁的升降運動，使整個平尾中央翼產生繞樞軸的轉動，從而帶動平尾轉動。

波音B737型飛機的水平尾翼中央翼采用如圖1所示的結構形式，該結構中連接前梁2與后梁4的中間兩塊X型腹板3采用7075鋁合金材料，與前梁2和后梁4各4處連接部分，共8處連接部分。與后梁4連接的樞軸5采用從一端鉸接處延伸到另一端鉸接處的一體設計，結構的疲勞性能較差，產生裂紋擴展會使整個樞軸5失效。

發明內容

本發明的目的：采用新型高強度輕質材料減輕水平尾翼中央翼結構的重量，通過改進設計，提高水平尾翼中央翼調節機構中鉸接處樞軸的安全壽命和可靠性。

本發明的一種民用飛機水平尾翼中央翼，前梁與后梁之間的W型腹板采用碳纖維環氧樹脂復合材料，由于水平尾翼中央翼位于后機身的內部，受到沖擊載荷的情況較少，而復合材料受到沖擊載荷后性能會急劇下降，因此復合材料的應用成為可能；采用新型的W型腹板連接前梁與后梁，使用碳纖維鋪帶技術制造，減少了W型腹板與前梁后梁之間的連接件，從而減少了復雜連接件的質量；采用新型的后梁連接處的樞軸設計，將一根樞軸分別布置在兩端鉸接處，并各布置外樞軸和內樞軸。

本發明的有益效果：

1、碳纖維環氧樹脂復合材料的密度在1.7g/cm³左右，彈性模量230GPa、抗拉強度在3500Mpa以上，相比于鋁合金材料密度2.7g/cm³、彈性模量70GPa、拉伸強度400MPa，具有重量輕，強度高，抗腐蝕等優勢；

2、采用新型的W型腹板連接前梁與后梁，只有5處連接部分，減少了腹板端部與前梁后梁的連接件（例如連接用耳片、鉚接用的鉚釘），W型腹板可以采用碳纖維鋪帶從一端直接鋪放到另一端，并在腹板的合理位置鋪放垂直于之前方向的加強筋纖維帶，使得腹板的整體加工成為可能；

3、采用新型的W型腹板設計，其兩端的斜邊有利于與水平安定面根部的加強肋連接，彌補了波音B737中只有水平安定面的前梁與后梁之間的連接，從而使結構受力更合理，提高承載效力；

4、民用飛機在整個20~30年的服役期間內，安全性是至關重要的。通過將出現裂紋而使整個樞軸失效的單樞軸改變為兩端布置，并將樞軸設計成中空的外樞軸和內樞軸，當外樞軸出現裂紋或產生破外，內樞軸仍然可以承受載荷，提高了樞軸及水平尾翼中央翼安裝角可調的安全壽命及可靠性。

附圖說明

圖1波音B737水平尾翼中央翼示意圖；

圖2波音B737水平尾翼調節安裝角機構示意圖；

圖3本發明提供的新型水平尾翼中央翼W型腹板連接結構示意圖；

圖4為本發明中后機身框B與后梁之間的連接組件結構示意圖；

圖5為本發明中后梁連接耳片和后機身框B連接耳片結構示意圖；

圖6為本發明中水平尾翼中央翼后梁與后機身框鉸接處樞軸剖面圖。

圖中：