复合材料机翼翼根处后梁连接研究

赵艳秦

摘要：本篇论文针对某机型的复合材料外翼翼根处后梁连接做了详细的描述，包括中央翼后梁和竖十字接头的连接形式，外翼后梁和竖十字接头的连接形式和翼根处密封设计等等，因为翼根处是外翼、中央翼和中机身界面位置，是飞机设计中的难点也是重点。

关键词：翼根连接;对接;搭接;角盒;

（AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.，Shenyang 110000）

1概述

復合材料在飞机结构上使用比例越来越高，某复合材料机翼盒段结构应具有高结构效率、高可靠性、长寿命和低全寿命期费用。在满足强度和刚度的前提下，相比某飞机外翼盒段上下壁板、前梁、后梁金属的结构，复合材料外翼盒段上下壁板、前梁、后梁T800级碳纤维增强复合材料结构，实现减重15%（即290 kg）的目标。满足6万架次飞行起落，9万飞行小时，30日历年的经济修理寿命要求。满足A检间隔1000飞行起落，C检间隔2.5年，D检间隔10年的检测间隔要求，较飞机金属机翼盒段的检测间隔延长一倍半满足维护成本和直接运营成本（DOC）较金属机翼盒段有所降低的要求。某复合材料机翼设计是经过结构、强度、制造和装配工艺等等部门的共同努力下取得初步成功的设计。

2 后梁翼根处设计方案

2.1后梁设计方案一

后梁翼根设计方案一见图1，外翼后梁和垂直十字接头采用的是对接方案，中央翼后梁和垂直十字接头采用的是搭接方案，十字接头是钛合金锻件，四个拉伸接头采用的钛合金材料，中央翼和外翼的梁采用的是复合材料。

从图1可以看到因为接头机加阶差问题，梁外翼上凸缘本来对接方案改成了搭接，梁缘条伸入到角盒上侧。由于梁腹板和凸缘不是停止在同一个位置，梁腹板在与梁凸缘交界切除会产生复合材料分层。从强度和制造两方面考虑都不是最佳的设计方案，从图1中可以看到，四个角盒采用的都是斜面代替的台阶，这可能会在装配时增加协调垫片，增加装配工时。

2.2后梁设计方案二

后梁翼根设计方案二见图2，外翼后梁和垂直十字接头与采用的是对接方案，中央翼后梁和垂直三叉接头采用的是搭接方案，四个拉伸接头采用的钛合金材料。从图2中可以看到四个拉伸接头设计概念从斜坡改成了机加台阶。中央翼盒下拉伸角盒和水平三叉接头连接处综合考虑参照某成熟机型的设计方案，中央翼后梁下凸缘盒下水平三叉接头改为对接方案，这个方案的更改时因为对接区位置两侧设计方案的不同，造成了水平三叉接头设计困难，为了不让水平三叉接头在中央翼后梁位置一边切掉或者做下陷，这样对接方区域的中央翼和外翼后梁下凸缘设计方案相同。

2.3后梁设计方案三

外翼上角盒、外翼下角盒、中央翼上角盒和中央翼下角盒材料均采用的是7050-T7451材料，采用铝合金材料是为了降低接头机加阶差。装配时铝合金比钛合金工艺性要好，比较容易锉修。垂直十字接头采用钛合金材料，中央翼后梁和外翼后梁是复合材料。

3外翼和中央翼梁腹板和垂直十字接头连接

从图3可看，垂直十字接头和外翼后梁腹板对接、和中央翼后梁腹板搭接、与一号肋搭接同时和机身框也是搭接，图4看到垂直十字接头与梁对接时，要保证外翼后梁腹板和垂直十字接头中性面对齐。外翼下角盒同时坐在垂直十字接头和梁腹板面上。图5看到垂直十字接头和中央翼后梁是搭接方案，中央翼下角盒直接坐在十字接头上。垂直十字接头材料是钛合金锻件。

4对接带板

图6 是后梁对接带板的设计，外翼后梁腹板和垂直十字接头是对接方案，通过对接带板连接梁腹板和垂直十字接头。后梁的材料是复合材料，垂直十字接头材料是钛合金。设计要求梁腹板中性层和垂直十字接头的中性面要在一个面上，且材料的不一致，外翼后梁复合材料厚，十字接头钛合金材料薄，对接带板分别和两个零件连接，造成对接带板带有下陷。

5外翼和中央翼下角盒设计

图7外翼下角盒做为连接件，其腹板连接梁腹板和垂直十字接头，凸缘连接梁凸缘和水平三叉接头，都采用的是对接方案。中央翼下角盒是在中央翼侧连接垂直十字接头和水平三叉接头的连接件，水平三叉接头和中央翼梁凸缘设计方案和外翼侧一样是对接，而中央翼后梁腹板和垂直十字接头之间是搭接。水平三叉接头和中央翼梁凸缘不能采用搭接，因为水平三叉接头外侧面和后梁凸缘外侧面是一个面，如果梁凸缘不开缺口，那么水平三叉接头就得开缺口，这样造成水平三叉接头两侧设计概念不一样，导致水平三叉接头两侧受力情况不一样。为了不在水平三叉接头上开缺口而把水平三叉接头和中央翼后梁凸缘位置改为对接方案，中央翼后梁下角盒设计方案和外翼下角盒设计方案相似。

6外翼和中央翼上角盒设计

图8外翼上角盒做为连接件，其腹板连接梁腹板和垂直十字接头，梁凸缘和上壁板的长桁底边也是对接形式用外翼上角盒的凸缘连接。外翼后梁的上凸缘和腹板与垂直十字接头和长桁底边采用对接形式。中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式。

中央翼上角盒和中央翼后梁是搭接形式，通过图 10 B-B剖面图，中央翼壁板的长桁底边没有和角盒凸缘连接。

7结束语

翼根设计是中央翼盒和飞机外翼直接连接，这个位置的设计是飞机设计中的重点难点之一，界面复杂，连接件多且装配问题突出，如何合理的设计翼根连接件对减少装配工时和减少零件锉修也是设计要求之一。

（作者单位：中航沈飞民用飞机有限责任公司）