凡 玉，王新年，王 哲

(1.中航飛機(jī)西安民機(jī)有限責(zé)任公司 工程技術(shù)中心，陜西 西安 710089；2.中航飛機(jī)研發(fā)中心 結(jié)構(gòu)所，陜西 西安 710089)

作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

凡 玉1，王新年1，王 哲2

(1.中航飛機(jī)西安民機(jī)有限責(zé)任公司 工程技術(shù)中心，陜西 西安 710089；2.中航飛機(jī)研發(fā)中心 結(jié)構(gòu)所，陜西 西安 710089)

通過對(duì)作動(dòng)器擺動(dòng)現(xiàn)象和幾何原理進(jìn)行分析，提出一種作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)不僅可以限制作動(dòng)器接頭和箱體擺動(dòng)，避免出現(xiàn)操縱支座磨損和操縱失效現(xiàn)象，提高了作動(dòng)器工作的可靠性和安全性，而且便于作動(dòng)器和防撞墊圈拆裝，可降低結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的維修成本。

作動(dòng)器；防擺動(dòng)；防撞墊圈

0 引言

目前，國內(nèi)外民用飛機(jī)升降舵作動(dòng)器安裝結(jié)構(gòu)主要采用法蘭式連接或者點(diǎn)點(diǎn)式連接兩種固定形式[1-3]。由于某飛機(jī)平尾翼面高度限制和操縱系統(tǒng)剛度要求，其升降舵作動(dòng)器選用點(diǎn)點(diǎn)式連接安裝結(jié)構(gòu)形式。

點(diǎn)點(diǎn)式連接結(jié)構(gòu)前后對(duì)接點(diǎn)均為鉸鏈連接，作動(dòng)器工作時(shí)容易出現(xiàn)接頭和箱體繞軸承內(nèi)圈球面擺動(dòng)現(xiàn)象。作動(dòng)器接頭擺動(dòng)與操縱支座撞擊，導(dǎo)致操縱支座耳片磨損，降低操縱支座壽命；作動(dòng)器箱體擺動(dòng)也可能與平尾后緣艙蒙皮結(jié)構(gòu)干涉，降低操縱系統(tǒng)可靠度，導(dǎo)致升降舵出現(xiàn)卡阻，影響飛機(jī)飛行安全。因此，本文提出一種作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，提高作動(dòng)器工作可靠性和安全性，提高操縱支座結(jié)構(gòu)使用壽命，降低維護(hù)成本。

1 作動(dòng)器擺動(dòng)機(jī)理

作動(dòng)器接頭和箱體之所以擺動(dòng)主要是由于其前后對(duì)接均采用鉸鏈關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)。作動(dòng)器工作時(shí)，固定接頭會(huì)隨著軸承外圈繞軸承內(nèi)圈圓心擺動(dòng)，如圖1(a)所示。因固定接頭固定在作動(dòng)器箱體內(nèi)，所以固定接頭的擺動(dòng)必然引起作動(dòng)器箱體也隨之?dāng)[動(dòng)，如圖1(b)所示[4-5]。

2 防擺動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 相關(guān)機(jī)型類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ATR72飛機(jī)方向舵、A320飛機(jī)副翼和升降舵均采用點(diǎn)點(diǎn)式作動(dòng)器，其安裝結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3和圖4所示。該安裝結(jié)構(gòu)形式是目前最常用的作動(dòng)器安裝結(jié)構(gòu)形式，不具有限制作動(dòng)器接頭擺動(dòng)功能，僅是在作動(dòng)器接頭與操縱支座間設(shè)計(jì)有襯套，另外控制作動(dòng)器接頭與操縱支座耳片的間隙。

設(shè)計(jì)原理：軸承擺角α是可以設(shè)計(jì)的，通過控制擺角α來避免作動(dòng)器接頭與操縱支座耳片撞擊，以及限位作動(dòng)器箱體擺動(dòng)幅度，避免出現(xiàn)與壁板碰撞導(dǎo)致作動(dòng)器運(yùn)作中卡滯。

2.2 型號(hào)設(shè)計(jì)方案

升降舵作動(dòng)器箱體尺寸為350mm×275mm×130mm，平尾后緣艙弦向高度為203-122mm，平尾后緣艙對(duì)作動(dòng)器安裝需求空間并不“闊余”，如不采用作動(dòng)器限制擺動(dòng)設(shè)計(jì)，作動(dòng)器箱體會(huì)繞著操縱軸線做半徑為175mm(箱體長度的一半)的圓弧擺動(dòng)，擺角α范圍約為-9°-9°，作動(dòng)器箱體會(huì)和后緣艙上下壁板“干涉”，進(jìn)而影響操縱系統(tǒng)的可靠性和安全性，如圖5所示。

某飛機(jī)升降舵作動(dòng)器安裝結(jié)構(gòu)必須采用防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如何具體實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器防擺動(dòng)控制目的，需要依據(jù)作動(dòng)器接頭耳片結(jié)構(gòu)形式而定。作動(dòng)器生產(chǎn)公司初步提供作動(dòng)器接頭有兩種結(jié)構(gòu)形式：接頭耳片帶凸臺(tái)和不帶凸臺(tái)。

作動(dòng)器接頭耳片不帶凸臺(tái)，如圖6 (a)所示。作動(dòng)器接頭耳片厚度就等于軸承外圈寬度C，那么操縱支座耳片與作動(dòng)器接頭耳片間的間隙X：

(1)

作動(dòng)器接頭耳片帶凸臺(tái)，如圖6(b)所示。作動(dòng)器接頭耳片厚度就等于軸承外圈寬度C與左右凸臺(tái)厚度之和，那么操縱支座耳片與作動(dòng)器接頭耳片間的間隙X：

(2)

因此，設(shè)計(jì)一種變厚度的墊圈，如圖7所示，確保W1=X，W2=t，即可滿足兩種不同作動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式限制擺動(dòng)要求。另外，此防撞墊圈設(shè)計(jì)還需滿足以下要求：

(1)防撞墊圈材料剛度和強(qiáng)度應(yīng)低于作動(dòng)器接頭和操縱支座材質(zhì)；

(2)防撞墊圈厚度公差應(yīng)滿足操縱支座與作動(dòng)器裝配要求；

(3)限制作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足防撞墊圈可更換要求。

綜上分析，本文提出一種作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，如圖8所示。該結(jié)構(gòu)由于操縱支座一側(cè)耳片采用滑動(dòng)襯套，可以實(shí)現(xiàn)防撞墊圈的快捷拆裝。

*注：1螺栓；2普通墊圈；3滑動(dòng)襯套；4防撞墊片；5防磨襯套；6普通墊圈；7自鎖螺母；8操縱支座；9作動(dòng)器接頭；10 關(guān)節(jié)軸承

2.3 方案論證

作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)拆裝路線如圖9所示。該結(jié)構(gòu)通過防撞墊圈完全可以實(shí)現(xiàn)限制作動(dòng)器擺動(dòng)要求，提高了操縱系統(tǒng)的可靠性和安全性，且避免作動(dòng)器接頭撞擊操縱支座耳片致其損傷，大大降低了作動(dòng)器和操縱支座維護(hù)或者更換成本。該結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、易于作動(dòng)器和防撞墊圈拆裝，工藝性好。經(jīng)過對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和拆裝模擬，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)滿足作動(dòng)器防擺動(dòng)控制要求，且該結(jié)構(gòu)拆裝簡(jiǎn)便易行。

*注：順時(shí)針箭頭方向?yàn)椴鹦堵肪€，逆時(shí)針箭頭方向?yàn)榘惭b路線

3 結(jié)語

通過對(duì)作動(dòng)器擺動(dòng)現(xiàn)象和幾何原理進(jìn)行分析，提出一種作動(dòng)器防擺動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)限制作動(dòng)器接頭和箱體擺動(dòng)，避免出現(xiàn)操縱支座磨損和操縱失效現(xiàn)象，大大提高了作動(dòng)器工作可靠性和安全性，而且該結(jié)構(gòu)便于作動(dòng)器和防撞墊圈拆裝，工藝性良好，還可降低結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的維護(hù)成本。

[1] 楊慧,吳德財(cái).民用飛機(jī)復(fù)合材料尾翼舵面作動(dòng)器選型研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào),2015,3(32):460-465.

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[責(zé)任編輯、校對(duì)：李 琳]

Design of Anti-swing Control Structure for Actuators

FANYu1，WANGXin-nian1，WANGZhe2

(1.Engineering Technology Center, AVIC Xi′an Civil Aircraft Co.,Ltd.,Xi′an 710089,China；2.R&D,AVIC Aircraft Co.,Ltd.,Xi′an 710089,China)

The paper puts forward an anti-swing control structure of actuators by analyzing the swing phenomenon and geometry principle of actuator.The control structure could limit actuator′s swing to avoid the wear and failure of joints,and also greatly improve the reliability and security of the actuator.Besides,it is convenient for disassembling actuators and anti-collision gaskets,and able to reduce the maintenance cost of structure and system.

actuators;anti-swing;anti-collision gasket

2017-01-20

凡玉(1985-)，男，安徽阜陽人，高級(jí)工程師，主要從事飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)研究。

V227

A

1008-9233(2017)03-0016-04