CN108146616B - 一种全金属变厚度的舵面封严结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空领域，涉及一种全金属变厚度的舵面封严结构。本发明采用全金属结构作为舵面封严结构中封严板的结构形式。为增强连接区的刚度和贴合区的柔度，采用变厚度设计和预变形设计，能够满足连接强度、气动密封和承载的设计要求；封严结构包括封严板和导流片两部分。封严板设计为柔性体以一定预紧力与航后的导流片贴合，实现舵面偏转过程中的全程封严。导流片设计为刚性体，由平直段和圆弧段组成，圆弧段能降低控制面在偏转过程中对封严板的变形量要求，从结构设计上减小封严的变形量。

Description

一种全金属变厚度的舵面封严结构

技术领域

本发明专利属于航空领域，涉及一种全金属变厚度的舵面封严结构。

背景技术

为了给飞机提供横向滚转力矩，增加升力，改善起飞、着陆性能，通常在机翼前后缘布置襟翼、副翼等操纵舵面，其偏转角度范围一般达到±20°甚至更大。襟翼和副翼等舵面为刚性结构，在上下偏转时，主翼面与舵面之间结合部位会露出很大的缝隙。偏转产生的缝隙会改变气动外形，造成气流提前分离，增大阻力。还会造成气流由高压向低压流动，使上下翼面压差减小，影响气动和操纵性能。因此必须对襟翼和副翼等舵面的缝隙进行封严。

我国现役飞机部分机型已采用封严结构，所选用的材料是弹性较好的钢质等厚平板。前缘舵面通过设计，利用材料的弹性，能满足大部分部位的封严，但局部位置表面仍无法满足光滑连续的要求，甚至出现了变形、撕裂现象。后缘舵面的封严结构在飞行过程中的往复变形和高气动载荷共同作用下很快产生了不可回复的塑性变形，封严效果不够理想。

新一代飞机舵面偏度比之前更大，载荷环境更恶劣，设计指标要求更高，对封严结构的要求也相应的更苛刻。为满足飞机高机动性和高气动特性需求，需要设计一种适用于新一代飞机的舵面封严结构。气动方面，需要考虑减少上、下表面压差损失，保证气流完整性，以获得很好的气动效率，还要满足不同偏转角度时的外形保形要求；力学性能方面，封严结构受到非定常气动吸力作用，需保证连接区和封严区飞行过程中不发生损坏；制造加工方面，要求尽量选用成熟的材料体系，结构简洁，易加工，制造成本低。

发明内容

本发明目的

本专利的目的是提出一种能满足新一代飞机舵面缝隙气动密封功能需要的舵面封严结构。

本发明技术方案

一种全金属变厚度的舵面封严结构，用于对活动舵面1的间隙进行封严，所述上导流片10及下导流片11由导流片的圆弧部分14和导流片的连接部分13组成，其中导流片的圆弧部分14是以活动舵面转轴O为圆心的圆弧，导流片的连接部分13安装在活动舵面1的下陷区域，并与活动舵面1的外形一致；所述上封严板20及下封严板21由封严板的连接部分22和封严板的搭接部分23组成，其中封严板弧形段23在活动舵面1偏转零度情况下为带有外凸拱形的弧形结构，并与上导流片10及下导流片11搭接，封严板的连接部分22安装在主翼面2的下陷区域，并与主翼面外形一致。

所述上封严板20及下封严板21均由同一种金属材料加工而成，均由平直段201、渐变段202及预变形段203组成，所述渐变段202的厚度逐渐递减，厚度变化采用弯曲等应力设计，最厚处的厚度与平直段201厚度一致，最薄处的厚度与预变形段203厚度一致，所述预变形段203根据实际需求设置有一定的预变形量。

所述上封严板20及下封严板21为钛合金材料制成。

所述上封严板20及下封严板21的平直段201与机体结构的连接均采用埋头螺栓204，使安装后埋头螺栓204不凸出理论外形。

所述上导流片10及下导流片11为铝合金钣金成形。

本发明有益效果

本发明设计的封严结构包括封严板和导流片两部分。封严板设计为柔性体以一定预紧力与航后的导流片贴合，实现舵面偏转过程中的全程封严。导流片设计为刚性体，由平直段和圆弧段组成，圆弧段能降低控制面在偏转过程中对封严板的变形量要求，从结构设计上减小封严的变形量。

本发明设计的封严板按功能需求设计为刚性和柔性两部分。刚性区域是指封严板连接部位至封严板偏转至极限位置后与导流片相交线的范围，采取较大的厚度增强封严板刚度，其主要功能是承载。柔性区域是指相交线至自由端的范围，主要是产生变形，采取较小的厚度增强封严板柔度，保证偏转过程中的贴合。

本发明技术方案中的封严板综合了变厚度和预变形的设计思想，从连接强度、气动密封和承载方面均能够满足封严结构设计要求。采用变厚度设计，封严板应力分布整体更均匀，变形量分布更合理，改善了根部的受力和应力集中；在满足整体刚度的情况下，自由端厚度很小，降低翼面的贴合阶差，改善了表面质量。采用预变形设计，使得在控制面偏转过程中封严板均能与航后导流片保持很好的贴合，保证气流的完整性。预变形部分预变形量的定义综合考虑了柔性封严板成形及安装后的翘曲变形和重复偏转后封严板的残余变形。因为封严板整体是柔性体，成形后应力的释放和装配时螺栓头的挤压应力均可能造成自身的翘曲变形；舵面重复的偏转迫使封严板产生大变形，随着偏转次数的增加，封严板将逐渐丧失一部分弹性，并产生一定的不可回复的参与变形量。封严板的预变形量即是叠加了制造和使用过程中的最大翘曲变形量和残余变形量，使其在使用寿命期限内与导流片均能很好的贴合。

本发明技术方案中的封严板采用全钛合金结构形式。钛合金具有高刚度、高强度的特点，原材料充足，易加工，无分层风险，可以满足变厚度成形的设计需求。

本发明技术方案中的导流片为铝合金钣金成形工艺，设计为刚性的常规结构。从成本考虑，使用成本相对较低的材料和工艺方法。

附图说明

图1是本发明零度偏转效果示意图；

图2是本发明上偏极限情况的效果示意图；

图3是本发明下偏极限情况的效果示意图；

图4是封严板剖面图；

图5是封严板安装前后变形对比图。

其中，O-活动舵面转轴，1-活动舵面，2-主翼面，10-上导流片，11-下导流片，13-导流片的连接部分，14-导流片的圆弧部分，20-上封严板，21-下封严板，22-封严板的连接部分，23-封严板的搭接部分，201-平直段、202-渐变段，203-预变形段，204-埋头螺栓。

本发明具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1至图5。

如图1所示，一种全金属变厚度的舵面封严结构，用于对活动舵面1的间隙进行封严，所述上导流片10及下导流片11由导流片的圆弧部分14和导流片的连接部分13组成，其中导流片的圆弧部分14是以活动舵面转轴O为圆心的圆弧，导流片的连接部分13安装在活动舵面1的下陷区域，并与活动舵面1的外形一致；所述上封严板20及下封严板21由封严板的连接部分22和封严板的搭接部分23组成，其中封严板弧形段23在活动舵面1偏转零度情况下为带有外凸拱形的弧形结构，并与上导流片10及下导流片11搭接，封严板的连接部分22安装在主翼面2的下陷区域，并与主翼面外形一致。

所述上封严板20及下封严板21均由同一种金属材料加工而成，均由平直段201、渐变段202及预变形段203组成，所述渐变段202的厚度逐渐递减，厚度变化采用弯曲等应力设计，最厚处的厚度与平直段201厚度一致，最薄处的厚度与预变形段203厚度一致，所述预变形段203根据实际需求设置有一定的预变形量。封严板剖面图如图4所示，封严板安装前后变形对比如图5所示。

所述上封严板20及下封严板21为TC4钛合金机加成形。

所述上封严板20及下封严板21的平直段201的厚度满足划窝要求，均设置有埋头螺栓204。安装时严格控制螺栓头与蒙皮表面阶差，只允许凹下，不允许凸出表面，以保证表面质量。埋头螺栓情况如图4所示。

所述上导流片10及下导流片11为2024铝合金的钣金件。

如图2所示，封严结构可实现活动舵面上偏极限情况时的封严；如图3所示，封严结构可实现活动舵面下偏极限情况时的封严。由此，封严结构实现了舵面偏转过程中的全程封严。

另外，本文给出的封严结构为副翼封严情况，即封严板装在机翼主翼面上，导流片装在副翼上；而前缘襟翼封严原理类似，不同点为封严板装在前缘襟翼上，导流片装在主翼面前梁上。

Claims (4)

1.一种全金属变厚度的舵面封严结构，用于对活动舵面(1)的间隙进行封严，上导流片(10)及下导流片(11)由导流片的圆弧部分(14)和导流片的连接部分(13)组成，其中导流片的圆弧部分(14)是以活动舵面转轴O为圆心的圆弧，导流片的连接部分(13)安装在活动舵面(1)的下陷区域，并与活动舵面(1)的外形一致；上封严板(20)及下封严板(21)由封严板的连接部分(22)和封严板的搭接部分(23)组成，其中封严板的搭接部分(23)由渐变段(202)及预变形段(203)组成，所述渐变段(202)的厚度逐渐递减，厚度变化采用应力设计，最厚处的厚度与平直段(201)厚度一致，最薄处的厚度与预变形段(203)厚度一致，所述预变形段(203)根据实际需求设置有一定的预变形量；在活动舵面(1)偏转零度情况下所述封严板的搭接部分(23)为带有外凸拱形的弧形结构，并与上导流片(10)及下导流片(11)搭接；所述封严板的连接部分(22)为平直段(201)，安装在主翼面(2)的下陷区域，并与主翼面外形一致；所述上封严板(20)及下封严板(21)均由同一种金属材料加工而成。

2.根据权利要求1所述的一种全金属变厚度的舵面封严结构，其特征在于，所述上封严板(20)及下封严板(21)为钛合金材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种全金属变厚度的舵面封严结构，其特征在于，所述上封严板(20)及下封严板(21)的平直段(201)与机体结构的连接均采用埋头螺栓(204)，使安装后埋头螺栓(204)不凸出理论外形。

4.根据权利要求1所述的一种全金属变厚度的舵面封严结构，其特征在于，所述上导流片(10)及下导流片(11)为铝合金钣金成形。

Images