民用飞机垂直尾翼后缘舱布置方法研究

张燕乔

【摘 要】民用飞机垂直尾翼简称垂尾，用来保持飞机在飞行中左右（偏航）方向的稳定性和控制飞机在左右（偏航）方向的飞行姿态。垂尾后缘舱主要布置有方向舵作动器、结构肋板、液压管路、电气电缆。本文主要介绍了民用飞机垂尾后缘舱布置的原则和影响因素，为民用飞机垂尾后缘舱布置提供了设计方法和思路。

【关键词】民用飞机；垂尾后缘舱；方向舵作动器；结构肋板；液压管路；电气电缆

0 引言

民用飞机垂直尾翼按区域分为前缘、盒段和后缘，垂尾后缘舱连接飞机方向舵，如图1所示。后缘舱是为满足方向舵的气动要求和悬挂方向舵的力而设计的刚性结构，主要由左右壁板、横向肋、接头座、口盖及密封件等组成，如图2所示。

根据后缘舱的功能，后缘舱内布置有飞控系统作动器，液压系统管路以及EWIS电缆，液压油及电信号共同驱动作动器带动方向舵偏转。为保证刚度要求，后缘舱内布置有一系列强弱不同的横向肋；液压管路及电缆依次穿过横向肋上减轻孔分布。

后缘舱空间较小但作用十分关键，在飞机设计初期，需从总体的角度出发，全面考虑，合理布置，以满足飞机最佳性能和飞机适航取证为最终目标。

1 民用飞机垂尾后缘舱布置原则

民用飞机垂直尾翼后缘舱是悬挂和驱动方向舵的重要区域，对其内各系统进行布置设计的目标与原则是：为方向舵作动器提供合适的布置空间及工作环境，保障其安全、有效工作。后缘舱内的液压管路及电气电缆布置必须确保安全性、可靠性和可维护性，满足适航条例要求。

2 民用飞机垂尾后缘舱布置设计要求

民用飞机垂直尾翼后缘舱在总体布置设计时，应在符合适航条例要求的基础上，满足总体设计要求及其他相关系统设计要求。

2.1 适航要求

所有的结构及系统安装均要满足CCAR-25-R4相关条款要求[1]。具体如下：

1）CCAR 25.301 载荷；

2）CCAR 25.303 安全系数；

3）CCAR 25.393 平行于铰链线的载荷；

4）CCAR 25.581 闪电防护；

5）CCAR 25.611 可达性措施；

6）CCAR 25.685 操纵系统的细节设计；

7）CCAR 25.863 可燃液体的防火；

8）CCAR 25.869 系统防火；

9）CCAR 25.1301 功能和安装；

10）CCAR 25.1309 设备、系统及安装；

11）CCAR 25.1316 系统闪电防护；

l2）CCAR 25.1353 电气设备及安装；

13）CCAR 25.1431 电子设备；

14）CCAR 25.1435 液压系统。

2.2 总体布置要求

1）飞机内部设备、系统配置原则上服从于结构主受力件布置；

2）机体结构设计和装机设备及系统线路的配置与安装，首先应确保飞机主要运动部件的定位与安装以及相应的运动间隙控制；

3）根据经验，运动件与固定件之间的最小运动间隙可以0.5inch为下限要求。

2.3 液压管路布置要求

1）有支承处：在导管用卡箍固定在结构或其他刚性零件上的地方，卡箍两边导管与结构之间一般间隙要求为0.25inch，而在卡箍处附近导管与结构之间间隙要求可适当降低。

2）无支承处：为了防止在工作中由于变形或运动而与零件的凸出部分、螺栓、螺母、卡箍或结构锐棱处相接触，导管与上述物体之间必须留有足够的间隙，考虑安装及维修公差因素，在最不利的情况下建议保留0.25inch间隙，在卡箍间的设备与相邻结构之间建议保留0.5inch的间隙。当导管通过结构减轻孔处时，必须采取措施避免导管与结构接触，推荐在此处的导管上安装卡箍固定导管。

2.4 电气电缆布置要求

1）流体管路和设备需要电气连接时或者它们的实际间隙小于2inch处，布线必须被附近的主支撑可靠定位，一般需保持0.5inch的间隙。也可以利用布线卡箍和管路卡箍之间的固定维持间隙。当布线与管路隔离采用非金属硬管、金属管、电缆槽、其他适当的结构屏障时，相关的最小间隙要求不适用。为防液体污染，任何管路（含水/废水）的下方不得设置接线器件。

2）线束和可移动部件（例如，铰链和旋转连接件，具体像驾驶手柄、操纵轮、扭力杆、活动面）之间的最小距离按照经验一般为0.5inch，个别位置不能符合该要求时，必须采取局部保护措施。

3）如果线束与结构锐边之间的间隙小于3/8inch，则应安装合适的镶圈或防磨边，线束与结构锐边之间可保持的最小间隙建议为1/16inch，并不得承受除自身重量以外的任何附加机械应力。有防护线束穿过壁厚而孔小的结构开孔时，可以采用镶圈或防磨边支撑，也可灌密封胶固定替代防磨边。

2.5 维修性要求

总体布置设计时，应满足垂尾后缘舱内各系统维修性要求，主要是安装、维修通道的开敞性要求和可达性方面的要求。

2.6 经济性要求

垂尾后缘舱布置时，在满足系统功能的前提下，必须兼顾经济性要求，减少相关系统更改、维修费用。

3 垂尾后缘舱布置的影响因素

垂尾后缘舱布置的影响因素包括：方向舵作动器的布置、结构系统布置、液压系统管路与电气电缆的空间布置和维修性因素等。

3.1 方向舵作动器的布置

方向舵作动器布置于后缘舱内，用于驱动方向舵的运动。为了使整个操纵面得到较为均匀的驱动力，原则上作动器应安装在操纵面展向1/3-1/2的位置。

3.2 结构布置

后缘舱结构系统的布置主要指若干个强弱不同的横向肋的依次排布。如图3所示，除了作动器区域，大部分后缘舱横向肋与垂直安定面的翼肋一一对应。垂直安定面翼肋是根据壁板的支撑需要和方向舵作动器及铰链点的位置确定，一般肋轴线垂直于后梁布置。根据方向舵操纵接头在转轴展向的分布位置，布置作动器区域的悬挂点和后缘舱支架肋，进而确定主承力翼盒在作动器安装区域的肋位置，使得主承力翼盒的肋与后缘舱支架肋的轴线在后梁平面处交汇。主承力翼盒其他肋主要用于维持垂直安定面的气动外形，按照一定间距大致均布，根部密而尖部稍疏。据此布置后缘舱内作动器区域以外的支架肋，使得后缘的肋轴线与主承力翼盒肋的轴线在后梁平面内交汇。

此外，用于悬挂方向舵的耳片式接头直接或通过接头座间接固接在对应的加强肋上。为确保方向舵的灵活而可靠的转动，各耳片接头上都有自润滑的调心球轴承（关节轴承）。

3.3 液压系统管路与电气电缆的空间布置

液压管路与EWIS电缆由上至下敷设于后缘舱，用于共同驱动方向舵作动器。两个系统的布置除了需分别满足各自的规范外，其空间相对位置也有特殊要求。具体布置方法如下：

1）在后缘舱每个横向肋上开减轻孔，使得液压管路与EWIS电缆穿过；管路与电缆通过卡箍和支架固定在结构上。

2）液压管路与EWIS电缆之间间距应满足两个系统布置安装规范，在无法满足规范要求间距时，应至少保证0.25inch的最小经验值。

3）按照CCAR25.863相关条款要求，在垂尾后缘舱内，液压潜在泄漏源不应布置在电缆上方，否则存在液压泄漏液体腐蚀电缆并引起电弧起火的隐患。故EWIS电缆需在空间位置上尽量布置于液压管路上方或错开。在穿过结构肋板减轻孔时，可考虑电缆在上、液压在下，或者展向分布两种不同的布置方法以满足条款要求，如图4所示。

4）在作动器区域，由于空间狭小且液压管路及EWIS电缆与作动器连接位置固定，故无法完全满足CCAR25-R4相关条款要求，此时，允许液压管路布置在电缆上方的情况出现，如图5所示。

3.4 维修性影响

垂尾后缘舱需要充分考虑维修性的影响，合理规划维护通道，便于维修人员对后缘舱内系统进行检查维护。民用飞机垂尾后缘舱两侧壁板口盖一般均设计为可拆卸式，能够保证维修人员从侧面对舱内作动器及管线路进行维护。

4 结论

垂直尾翼后缘舱的布置对飞机设计具有重要意义。后缘舱内各系统的布置是一个循序渐进、反复迭代的过程，应尽可能充分考虑影响布置的各项因素，及时发现问题，解决问题，实现垂尾后缘舱的最优化布置。

【参考文献】

[1]运输类飞机适航标准.中国民用航空规章第25部CCAR-25-R4[S].中国民航总局，2009.

[责任编辑：王楠]