某型飞机水平安定面前缘翼肋受损分析

何晓斌 赵继超 赵鹏

摘要：某型飛机的水平安定面前缘使用的是气囊式除冰带，除冰带损伤除了会使飞机空中除冰功能失效，影响飞行安全，还会进一步导致飞机水平安定面前缘翼肋受损，影响气动性能。因此本文中将从多角度对除冰带与翼肋的损伤形式及相互之间的联系进行力学分析，找到最终的损伤原因并制定有针对性的措施。

关键词：水平安定面；除冰带；翼肋；失稳

Keywords：stabilizer；de-icer boot；ribs；unstability

在日常检查工作中，发现某型飞机右侧水平安定面前缘蒙皮向下轻微凹陷，借助孔探设备检查内部发现前缘七处翼肋出现损伤，如图1所示。遂进行了除冰带在位功能检查。使用地面气源操作飞机尾翼除冰系统，除冰带在充气状态下，右侧除冰带上表面出现异常整体膨胀，而左侧除冰带上下表面均正常膨胀，如图2所示。在除冰带工作的同时，使用孔探设备进入水平安定面前缘内部，发现受损翼肋在除冰带膨胀时，变形加剧。

1 飞机水平安定面除冰带工作原理

该型飞机水平安定面使用的是气囊式除冰带，通过调节伺服空气压力至23 psi作动除冰带充气膨胀，将水平安定面前缘的结冰撑碎以达到除冰的目的。除冰系统工作时，23 psi的伺服空气对左侧除冰带充气，接着放气，然后对右侧除冰带充气，又放气，三分钟后再进行该循环。

除冰带粘接在水平安定面前缘蒙皮上。翼肋铆接在前缘蒙皮内部，与前缘蒙皮构成整体，一起固定在水平安定面前梁上，如图3所示。除冰带由两层橡胶材质组成，两层橡胶材质中间通过帘线均匀地在上表面固定出4个除冰气道，如图4所示。除冰带正常工作时，上表面的4个除冰气道均匀膨胀，单个除冰气道中气压作用在蒙皮上表面的气动分布载荷与气道两侧帘线对蒙皮的集中载荷相平衡。

2 翼肋受力分析

2.1 除冰带内部受力分析

根据对除冰带内部结构的分析，除冰气道之间的帘线仅由单独一根尼龙线采用类似平针的缝纫方式缝制而成。当帘线的某处由于老化及疲劳等因素出现断裂后，整条帘线会随着除冰带的循环充放气而从断裂处向两端迅速脱线，最终使相邻两个除冰气道贯通为一个除冰气道。此时两侧的帘线所承受的气动拉力增大为原来的2倍，帘线更易断裂；当除冰带中间的三根帘线全部断裂时，上表面的四个除冰气道全部贯通为一个气道。此时两侧帘线的集中载荷已增大至原来的4倍（见图5）。

2.2 翼肋受力分析

蒙皮上的气动分布载荷通过铆钉等紧固件集中传递到翼肋上，贯通后的翼肋承受的最大剪力增大至原来的4倍，最大弯矩增大至原来的16倍（见图6）。

翼肋的临界压力仅为正常单通道下的1/16，此时的翼肋更容易失稳。此时翼肋承受的载荷比正常情况下更大，超过了其自身的强度和刚度，翼肋失稳、腹板局部变形并形成皱褶。在除冰带反复使用过程中，在腹板皱褶变形处产生疲劳，最终出现裂纹并断裂。

因此，为防止该类损伤再次发生，应定期对前缘翼肋的变形、裂纹及紧固件的状况进行详细的孔探检查；此外，还需加强对除冰带状况的检查及维护，定期进行除冰带功能测试，检查充气状态下各除冰气道的工作状况，并定期涂抹防老剂防止其老化。

参考文献

[1]宋静波.飞机构造基础[M].北京：航空工业出版社，2011：365-367.

[2]刘根林，沈海军. 飞机防冰与除冰技术综述[J]. 江苏航空，2003（4）：18-20.

[3]罗裕富.小型飞机铝合金结构修理简析[J]. 科技创新导报，2018（16）：15-16+19.

[4]叶青.一起PA-44-180型飞机机翼WS 50.05翼肋裂纹故障分析[J]. 数字通信世界，2018（9）：272.

[5]李清英，白天，朱春玲.飞机机械除冰系统的研究综述[J].飞机设计，2015，35（04）：73-77.

[6]原方，绍兴，陈丽.工程力学[M].北京：清华大学出版社，2012：200-210.

[7]钟长生，洪冠新.飞机翼面结冰对飞行特性影响的研究[J].航空科学技术，2004（03）：32-34.

[8] Goodrich De-Icing and Specialty Systems Pneumatic De-Icer Installation，Maintenance & Repair Manual [Z]. Goodrich.2012.

[9] Pneumatic De-icer Warranty Claims ATA Chapter 30 [Z]. Goodrich.2016.