浅析几何法在曲柄滑块式襟翼机构设计中的应用

董 萌

（中国商飞上海飞机设计研究院，上海201210）

为使襟翼在飞机起飞、巡航、着陆过程中，处于气动要求的指定位置，飞机襟翼的驱动机构设计型式有多种多样，其中曲柄滑块式机构是应用非常广泛的一种（见图1）。该型机构工作原理为：驱动器驱动摇臂转动，使滑块在滑轨上移动，襟翼与连杆固定在一起，随着滑块的移动，襟翼变换位置，满足气动设计要求。

图1 曲柄滑块式襟翼机构

在民用飞机后缘襟翼机构设计中，往往已知飞机在起飞、巡航、着陆过程中各工况下的襟翼位置，本文以曲柄滑块机构襟翼机构为例（见图1），介绍几何法在襟翼机构设计、确定襟翼位置中的应用。

1 几何法原理[1]

曲柄滑块机构OAC（见图2）中，连杆AC从位置A1C1到A2C2所转过的角度为θ，作A1A2和C1C2的垂直平分线na和nc，其交点P12为连杆相对机架从位置1转到位置2的转动极点。因ΔP12A1C1≌ ΔP12A2C2，故

图2 曲柄滑块机构

基于上述关系，推论如下：

1）连杆AC（襟翼）上任意点均绕P12做定轴转动，且P12点唯一；

2）曲柄与连杆铰链点A1在与na夹角为的直线上；

3）连杆与滑块铰链点C1在与nc夹角为的直线上；

4）固定铰链点O在na上；

5）滑轨平行于 C1C2，且垂直于 nc；

6）铰链点A的位置1和位置2关于na对称；

7）铰链点C的位置1和位置2关于nc对称。

2 几何法求解曲柄滑块式襟翼机构

在曲柄滑块襟翼机构设计时，一般地以襟翼起飞、巡航、着陆时的姿态为输入。即已知三个连杆位置且连杆铰链点位置未知的情况，几何作图法求解机构过程如下，相关字符意义参考图3.

图3 几何作图法求解曲柄滑块机构

（1）用襟翼截面的翼弦表示襟翼在巡航、起飞、着陆时的位置，分别为E1F1、E2F2、E3F3各位置相对巡航时的转角为 θ12、θ13；

（2）连接F1F2并作其垂直平分线nF1F2，连接E1E2并作其垂直平分线nE1E2，nF1F2和nE1E2的交点即为转动极P12，作∠OP12A1=∠n P12C1=θ12；连接 F1F3并c1作其垂直平分线nF1F3，连接E1E3并作其垂直平分线nE1E3，nF1F3和 nE1E3的交点即为转动极 P13，作∠OP13A2=∠n P13C2=θ13；

（3）固定铰链点O即为la1、la2的交点，连杆铰链点 B 即为 lb1、lb2的交点，滑块铰链点 C 即为 lc1、lc2、的交点，约束nc1、nc3相互平行，过C作ld1的垂线m即为滑块的运动直线；

（4）在襟翼运动平面内新建草图，创建位置1的点O、A、C、直线m、EF的投影并隔离，固定点O和直线m，创建OA和AC的长度约束，创建点C和直线m的相合约束，固连AC和EF，转动OA，检验EF是否满足巡航、起飞、着陆时的位置要求。

3 应用分析

民用飞机机翼多为后掠机翼，襟翼沿后梁布置，且后梁与机翼展向夹角较大，一般大于20°.当襟翼运动方向与后梁平面垂直时，襟翼运动为简单的平面运动，上述方法求解的机构优化后可直接使用。当襟翼要求与展向垂直的方向（即顺气流方向）运动时，因机翼后梁平面与运动平面存在不再垂直，襟翼的运动不再是平面运动，而是复杂的空间转动和平动的叠加，上述方法确定机构，仅可满足襟翼在顺气流平面内的位置要求，不能准确定位襟翼沿机翼展向的运动。

4 结束语

几何法建立襟翼运动机构的线架模型，快捷并直观，可清晰反映各铰链点的变化规律。本文以曲柄滑块机构为例，详细阐述了几何法在襟翼机构设计中的应用，并指出：

1）已知襟翼四个位置，则可唯一确定滑块铰链点C和滑块的运动直线m的位置，固定铰链点A和杆铰链点B的位置不唯一，可结合空间及载荷传递要求进一步优化；

2）该方法适用于机构运动平面垂直于机翼后梁的情况，不完全适用于襟翼顺气流运动的情况，针对顺气流运动的襟翼机构需开展进一步深入研究。

[1]成大先.机械设计手册·单行本·机构[M].北京：化学工业出版社，2004.