作動器防擺動控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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)

作動器防擺動控制結(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)

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

作動器；防擺動；防撞墊圈

0 引言

目前，國內(nèi)外民用飛機(jī)升降舵作動器安裝結(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)前后對接點(diǎn)均為鉸鏈連接，作動器工作時容易出現(xiàn)接頭和箱體繞軸承內(nèi)圈球面擺動現(xiàn)象。作動器接頭擺動與操縱支座撞擊，導(dǎo)致操縱支座耳片磨損，降低操縱支座壽命；作動器箱體擺動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，本文提出一種作動器防擺動控制結(jié)構(gòu)，提高作動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 作動器擺動機(jī)理

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

2 防擺動結(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器安裝結(jié)構(gòu)形式，不具有限制作動器接頭擺動功能，僅是在作動器接頭與操縱支座間設(shè)計(jì)有襯套，另外控制作動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來避免作動器接頭與操縱支座耳片撞擊，以及限位作動器箱體擺動幅度，避免出現(xiàn)與壁板碰撞導(dǎo)致作動器運(yùn)作中卡滯。

2.2 型號設(shè)計(jì)方案

升降舵作動器箱體尺寸為350mm×275mm×130mm，平尾后緣艙弦向高度為203-122mm，平尾后緣艙對作動器安裝需求空間并不“闊余”，如不采用作動器限制擺動設(shè)計(jì)，作動器箱體會繞著操縱軸線做半徑為175mm(箱體長度的一半)的圓弧擺動，擺角α范圍約為-9°-9°，作動器箱體會和后緣艙上下壁板“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)升降舵作動器安裝結(jié)構(gòu)必須采用防擺動控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如何具體實(shí)現(xiàn)作動器防擺動控制目的，需要依據(jù)作動器接頭耳片結(jié)構(gòu)形式而定。作動器生產(chǎn)公司初步提供作動器接頭有兩種結(jié)構(gòu)形式：接頭耳片帶凸臺和不帶凸臺。

作動器接頭耳片不帶凸臺，如圖6 (a)所示。作動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器接頭耳片間的間隙X：

(1)

作動器接頭耳片帶凸臺，如圖6(b)所示。作動器接頭耳片厚度就等于軸承外圈寬度C與左右凸臺厚度之和，那么操縱支座耳片與作動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器結(jié)構(gòu)形式限制擺動要求。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器裝配要求；

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

綜上分析，本文提出一種作動器防擺動控制結(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作動器接頭；10 關(guān)節(jié)軸承

2.3 方案論證

作動器防擺動控制結(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)限制作動器擺動要求，提高了操縱系統(tǒng)的可靠性和安全性，且避免作動器接頭撞擊操縱支座耳片致其損傷，大大降低了作動器和操縱支座維護(hù)或者更換成本。該結(jié)構(gòu)形式簡單、易于作動器和防撞墊圈拆裝，工藝性好。經(jīng)過對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真和拆裝模擬，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)滿足作動器防擺動控制要求，且該結(jié)構(gòu)拆裝簡便易行。

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

3 結(jié)語

通過對作動器擺動現(xiàn)象和幾何原理進(jìn)行分析，提出一種作動器防擺動控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)限制作動器接頭和箱體擺動，避免出現(xiàn)操縱支座磨損和操縱失效現(xiàn)象，大大提高了作動器工作可靠性和安全性，而且該結(jié)構(gòu)便于作動器和防撞墊圈拆裝，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.民用飛機(jī)復(fù)合材料尾翼舵面作動器選型研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報,2015,3(32):460-465.

[2] 夏立群,謝增榮.民機(jī)作動器研究[C]//中國航空學(xué)會.大型飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)高層論壇暨中國航空學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集,2007:2532-2537.

[3] 徐向榮.民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)作動器力矩限制機(jī)構(gòu)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2015,44(7):74-75.

[4] 周蜜.A320飛機(jī)電傳操縱系統(tǒng)概述[J].中國科技信息,2016(12):34-35.

[5] 馬紀(jì)明,付永領(lǐng),李軍,等.一體化電動靜液作動器(EHA)的設(shè)計(jì)與仿真分析[J].航空學(xué)報,2005,26(1):79-83.

[責(zé)任編輯、校對：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