CN116424546A - 一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，包括安定面，该安定面后侧设有安装槽，并在安装槽内装有操纵面，操纵面由一传动轴驱动，常态下，所述操纵面外缘与安定面后缘平齐，操纵面与安定面外表流线型一致；所述安定面包括内骨架及内骨架结构外侧的蒙皮结构，内骨架包括前梁和后梁，并在前、后梁间布置有若干加强翼肋，前梁一端设有T型的前梁对接段，另一端设有机身连接结构前梁对接段处于靠近翼尖一端，机身连接结构朝向机身一端；所述后梁一端设有T型的后梁对接段，另一端设有外悬段。本发明创造提供的尾翼结构设计合理，传力路径清晰、结构质量轻、结构简单可靠、低成本、使用维护方便。

Description

一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼

技术领域

本发明创造属于航空航天技术领域，尤其是涉及一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼。

背景技术

尾翼的工作原理是作为通过产生和改变升力来保证飞机纵横向的稳定性、操纵性及平衡，尾翼在飞机上的布置主要决定于飞机气动布局中的操纵性及安定性要求。而增加尾翼尤其是水平尾翼的有效面积就是增加升力的有效方式，因此大尺寸尾翼是现代飞机发展的方向之一，尾翼结构在设计过程中，除了应保证气动外形、强度和重量要求外，还应考虑使用维修方面的要求，由于尾翼结构远离飞机重心，其结构重量对飞机重心影响较大，所以尾翼结构的重量应尽可能的轻。而大尺寸尾翼在适应环境要求下相对不利，比如对于防鸟撞能力来说尤为不利，这就要求尾翼结构设计中要有足够的强度和刚度，同时还要有较好的检查可见度。现有技术中，尾翼安定面常采用的结构布局形式有梁式、单块式、多墙式以及整体式等，其中，梁式布局的主要结构特点是纵向有很强的梁，蒙皮较弱，长桁较弱；单块式布局结构长桁较多、蒙皮较厚、梁缘条剖面面积较长桁的剖面面积接近或略大一些，有时只布置纵墙而不用翼梁，蒙皮为主要受力构件；多墙式结构布置较多的纵墙，蒙皮厚，无长桁，蒙皮为主要抗弯结构。上述几种常见结构的尾翼均性能单一，整体性不足，结构中存在薄弱点，虽然整体式的安定面采用蒙皮与桁条合并为整体壁板的安定面结构，但结构厚重，加工难度大，重量大，且不利于维修。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，包括安定面，该安定面后侧设有安装槽，在安装槽内装有操纵面，操纵面由一传动轴驱动；所述安定面包括内骨架及内骨架结构外侧的蒙皮结构，内骨架包括前梁和后梁，并在前、后梁间布置有若干加强翼肋；

所述前梁一端设有T型的前梁对接段，另一端设有机身连接结构；所述机身连接结构整体呈凵型，包括主体和主体两侧的侧板，在主体及其两侧的侧板上分别设有数个连接孔；

所述前梁横截面呈凵型，包括前梁体及前梁体两侧的前梁侧板；所述后梁一端设有T型的后梁对接段，另一端设有外悬段；所述后梁横截面呈凵型，包括后梁体及后梁体两侧的后梁侧板；

所述后梁对接段与所述前梁对接段处于内骨架的同侧，且二者同时固定于翼尖盒；后梁对接段呈凵型结构，包括两后梁侧板末端分别设置的后梁对接板，后梁侧板外表面均突出于其所对应后梁对接板外表面，翼尖盒装配于骨架后，翼尖盒两侧表面分别与所对应的前梁侧板表面平齐；

两所述后梁对接板间设有立板，并且在后梁对接板朝向后梁侧板的一侧设有对接尾板，对接尾板外表面低于后梁对接板外表面，二者间形成定位台阶，当后梁对接段插装于后梁末端时，后梁侧板末端抵住定位台阶，而对接尾板与后梁侧板贴合，进而使对接尾板与后梁侧板结合处形成加强结构。

进一步，所述传动轴安装于安定面内腔，其穿入安装槽内的一端与操作面连接，所述安定面上对应传动轴设有操作口，该操作口上安装有操作口盖。

进一步，所述前梁对接段包括在两前梁侧板末端分别设置的前梁对接板，并且，前梁侧板外表面均突出于其所对应前梁对接板外表面。

进一步，所述立板与两后梁对接板为一体成型结构。

进一步，所述对接尾板与后梁侧板间均采用胶粘固定。

进一步，所述后梁对接段、外悬段与后梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。

进一步，所述前梁对接段、机身连接结构与前梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。

进一步，所述前梁、后梁以及各加强翼肋，采用预浸料一体加工成型。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造尾翼结构采用双梁结构，具有较大的内部容积，与其他结构相比，双梁作为主体受力构件，主要传力路线清晰，有效承载蒙皮传递到梁的弯矩，即使翼根部大开口导致蒙皮受力不连续的情况下，依然可以实现将尾翼上的气动力传递给机身，与机身的载荷进行平衡。本发明创造的尾翼结构中，后梁通过蒙皮、加强翼肋与前梁组成闭室结构承力，结构强度及刚度更高，进行飞行器的操纵控制时，后梁能够更好的承载操纵面在气动力作用下对尾翼产生的弯矩。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造中内骨架部分的示意图；

图3为本发明创造分解状态下的示意图；

图4为本发明创造中后梁部分的示意图；

图5为本发明创造中后梁对接段部分的示意图；

图6为本发明创造中前梁部分的示意图；

图7为本发明创造实施例中加强翼肋部分的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，如图1至图7所示，包括安定面1，该安定面后侧设有安装槽2，并在安装槽内装有操纵面3，操纵面由一传动轴4驱动，常态下，操纵面外缘与安定面后缘平齐，操纵面与安定面外表流线型一致。所述安定面包括内骨架5及内骨架结构外侧的蒙皮结构6。需要说明的是，为提高安定面受载后的稳定性，在所述内骨架前侧设有前缘条27、在所述内骨架处于安装槽两侧的位置分别固定有后缘条28，蒙皮结构内壁与后缘条、骨架及前缘条贴合，力传递路线清晰。

本发明创造提供的尾翼结构100％采用复合材料制作，充分利用复合材料比强度高、比刚度高、耐疲劳性好，材料可设计性强的特点，将复杂零件一体成型，大幅减少零件数量和紧固件数量，进而进一步地减轻结构重量。因此具有制造成本低，抗扭刚度高，抗颤振效果好，结构重量轻，经济性好的优势。

内骨架包括前梁7和后梁8，并在前、后梁间布置有若干加强翼肋9，前梁一端设有T型的前梁对接段10，另一端设有机身连接结构11，其中，前梁对接段处于靠近翼尖一端，机身连接结构朝向机身一端；后梁一端设有T型的后梁对接段12，另一端设有外悬段13，外悬段与后梁的主体结构形状一致。后梁对接段与前梁对接段处于内骨架的同侧，并且二者同时固定于翼尖盒14，由于前、后梁与翼尖盒间均采用T型的对接段，增大了连接面积，连接牢固，受力稳定。

在一个可选的实施例中，加强翼肋包括肋板29，在肋板两侧分别布置有凵型的加强构件，具体的，如图7所示，加强构件包括固定于肋板的构件本体30，在构件本体两侧边31分别用于支撑蒙皮结构的上蒙皮和下蒙皮。在进一步改进的方案中，肋板外缘凹于两加强构件之间，即肋板的外缘表面低于侧边外表面，这样的结构设计，在保证加强劲肋具有良好结构强度的同时，还在两加强构件之间形成缓冲间隙，也就说，允许蒙皮受载时在两加强构件之间有一定形变，而加强构件又会限制蒙皮形变“扩散”到蒙皮结构其它位置，尾翼性能更好。而每两个加强翼肋间的形变间隙要大于两加强构件之间的缓冲间隙，因此允许蒙皮在两加强翼肋间产生局部的少量形变，同时，两加强翼肋又限制此区域内的蒙皮形变量“扩散”。两加强构件之间形成缓冲间隙、以及两加强翼肋间的形变间隙，构成了限制蒙皮形变的两级“限位”结构，保证尾翼具有极佳的稳定性和高性能。

本发明创造的内骨架采用双梁结构，在一个可选的实施例中，上述前梁对接段、机身连接结构与前梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。上述后梁对接段、外悬段与后梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。作为举例，前梁布置在弦长1/3处，后梁处置在1/2处，加强翼肋和前梁、后梁采用胶接装配而成，再与上蒙皮、下蒙皮、翼尖盒采用胶铆连接。由于前梁、后梁结构复杂，承载要求高，利用复材成型工艺生产，可以保证外形、强度和重量技术要求的同时，还能提高生产效率，降低生产成本。

在一个可选的实施例中，所述前梁与所述后梁间夹角呈锐角，而前梁的机身连接结构与后梁的外悬段平行布置，在前梁朝向机头一侧也设有若干加强翼肋，且每一加强翼肋均垂直于前梁当前位置梁段，加之前梁、后梁、加强翼肋、前缘条及后缘条有效支撑蒙皮结构，蒙皮受到气动力时，尾翼受力方向更明确，尾翼与机身间力传递更为均衡，稳定性更好。

本高性能尾翼的操纵面通过铰接座装配在安定面后梁上，所述传动轴与机身内转动舵机相连，从而实现驱动操纵面绕轴转动，进而完成操纵。操纵面因在受气动载荷影响，有可能出现操纵反效，所以要求操纵面刚度要高，但由于操纵面重心距离飞机重心较远，为更好平衡飞机重心，所以要求操纵面重量要轻，因此，可在操纵面内腔沿尾翼长度方向布置一加强杆，该加强杆与操纵面两端固定，通过将所述传动轴与该加强杆连接，由所述传动轴带动加强杆转动时，即可带动操纵面转动。因此，本发明创造中采用预浸料成型的操纵面，能保证刚度的同时，还降低了自身重量。

通常，所述机身连接结构整体呈凵型，包括主体17和主体两侧的侧板18，在主体及其两侧的侧板上分别设有数个连接孔19。采用机身连接结构，使得前梁局部尺寸变大，并且主体和侧板均加厚处理，尾翼与机身连接处承载能力更好。在一个可选的实施例中，所述传动轴安装于安定面内腔，其穿入安装槽内的一端与操作面连接，所述蒙皮结构的上蒙皮上对应传动轴设有操作口15，该操作口上安装有操作口盖16，操作口盖与上蒙皮通过紧固件连接，安装尾翼或有维修需要时，可方便进行拆卸操作口盖。

在一个可选的实施例中，所述前梁横截面呈凵型，包括前梁体20及前梁体两侧的前梁侧板21。所述前梁对接段包括在两前梁侧板末端分别设置的前梁对接板22，且前梁侧板外表面均突出于其所对应前梁对接板外表面。所述后梁横截面呈凵型，包括后梁体23及后梁体两侧的后梁侧板24。所述后梁对接段包括两后梁侧板末端分别设置的后梁对接板25，且后梁侧板外表面均突出于其所对应后梁对接板外表面，使翼尖盒装配于骨架后，翼尖盒两侧表面分别与所对应的前梁侧板表面平齐，即骨架与翼尖盒呈流线型设计，与外侧蒙皮结构稳定贴合，更好的传递受力。

优选的，后梁对接板直接通过立板固定，使得后梁对接段形成凵型结构件，承载效果更好，并且在后梁对接板朝向后梁侧板的一侧设有对接尾板26，对接尾板外表面低于后梁对接板外表面，二者间形成定位台阶，当后梁对接段插装于后梁末端时，对接尾板与后梁侧板贴合，通过胶粘或连接件固定后，对接尾板与后梁侧板结合处得到加强架构，且后梁侧板外表面与后梁对接板外表面平齐，有效避免应力集中造成损伤，并且能够有效传递负载，提高使用性能。

两后梁侧板、两前梁侧板外表面均做成型面，以保证与上下蒙皮内表面稳定贴合，有效保障了尾翼气动外形需要，蒙皮结构作为主要承载气动力构件，与翼梁和加强翼肋通过粘接剂和铆钉相连。蒙皮结构在受到气动力时发生挠曲，粘接剂和铆钉受拉对蒙皮提供支反力，使蒙皮处于平衡状态。前梁、后梁及各加强翼肋组成的内骨架整体性强，所以蒙皮结构局部受力较小，蒙皮采用非常薄的复材，即可满足性能要求，降低了尾翼整体结构重量，减少生产成本。

本发明创造提供的尾翼结构设计合理，传力路径清晰、结构质量轻、结构简单可靠、低成本、使用维护方便的前提下，防腐蚀性能好，抗疲劳性能好，裂纹扩展速率低，能承受高强度、载荷情况复杂的工况，也适于大尺寸尾翼的产品要求。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：包括安定面，该安定面后侧设有安装槽，在安装槽内装有操纵面，操纵面由一传动轴驱动；所述安定面包括内骨架及内骨架结构外侧的蒙皮结构，内骨架包括前梁和后梁，并在前、后梁间布置有若干加强翼肋；加强翼肋包括肋板，在肋板两侧分别布置有凵型的加强构件；

所述前梁一端设有T型的前梁对接段，另一端设有机身连接结构；所述机身连接结构整体呈凵型，包括主体和主体两侧的侧板，在主体及其两侧的侧板上分别设有数个连接孔；

所述前梁横截面呈凵型，包括前梁体及前梁体两侧的前梁侧板；所述后梁一端设有T型的后梁对接段，另一端设有外悬段；所述后梁横截面呈凵型，包括后梁体及后梁体两侧的后梁侧板；所述后梁对接段与所述前梁对接段处于内骨架的同侧，且二者同时固定于翼尖盒；后梁对接段呈凵型结构，包括两后梁侧板末端分别设置的后梁对接板，后梁侧板外表面均突出于其所对应后梁对接板外表面，翼尖盒装配于骨架后，翼尖盒两侧表面分别与所对应的前梁侧板表面平齐；

两所述后梁对接板间设有立板，并且在后梁对接板朝向后梁侧板的一侧设有对接尾板，对接尾板外表面低于后梁对接板外表面，二者间形成定位台阶，当后梁对接段插装于后梁末端时，后梁侧板末端抵住定位台阶，而对接尾板与后梁侧板贴合，进而使对接尾板与后梁侧板结合处形成加强结构。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述传动轴安装于安定面内腔，其穿入安装槽内的一端与操作面连接，所述安定面上对应传动轴设有操作口，该操作口上安装有操作口盖。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述前梁对接段包括在两前梁侧板末端分别设置的前梁对接板，并且，前梁侧板外表面均突出于其所对应前梁对接板外表面。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述立板与两后梁对接板为一体成型结构。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述对接尾板与后梁侧板间均采用胶粘固定。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述后梁对接段、外悬段与后梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述前梁对接段、机身连接结构与前梁的主体结构，采用预浸料一体加工成型。

8.根据权利要求6或7所述的一种大尺寸全复合材料的高性能尾翼，其特征在于：所述前梁、后梁以及各加强翼肋，采用预浸料一体加工成型。

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