某型直升机水平安定面蒙皮改进技术研究

姜峰 王政 罗亚男

摘要：为了避免某型直升机水平安定面亚麻布蒙皮易破损、易老化等故障，对亚麻布蒙皮的水平安定面翼肋、蒙皮等进行了设计改进，增加了纵向构件防止蒙皮鼓动，将改进后的水平安定面安装在直升机上，经整机的重心计算验证其符合装机使用要求，改进后的水平安定面提高了直升机的稳定性和可靠性。

关键詞：水平安定面；翼肋；蒙皮；重心

Keywords：horizontal stabilizer；wing rib；skin；center of gravity

0 引言

某型直升机为俄罗斯制造的单旋翼带尾桨运输型直升机。为保证直升机飞行中必要的稳定性和操纵性，直升机尾梁后部装有8AT-3100-00型水平安定面。该型水平安定面为分左右两部分，对称分布在尾梁两侧，如图1所示。水平安定面的翼面蒙皮为亚麻布材料，正常使用中容易出现故障，影响直升机的正常飞行。因此，有必要开展以其他更耐用材料替换亚麻布的研究。

1 水平安定面综述

该型水平安定面的每个半面均为铆接结构，主要由大梁、翼肋、前缘硬铝蒙皮、桁条、尖部整流罩和亚麻布蒙皮等组成，亚麻布蒙皮分布在大梁后缘与翼肋后部缘条之间，结构如图2所示。

亚麻布材料抗拉强度较低，耐候性差。直升机在长期的使用、停放过程中，亚麻布经风吹、日晒、雨淋等自然环境的侵蚀更易老化，导致飞行中水平安定面时常发生翼面撕裂、破损等故障，如图3所示。

经调研，亚麻布蒙皮水平安定面使用500h的破损率约30%，750h的破损率约50%，使用1000h的破损率几乎达到100%，远不能满足直升机1500h翻修间隔期的使用需求。

目前，针对该型水平安定面翼面破损故障主要采用三种方法进行修复：一是应急修理，用胶带将破损部位缠绕，维持暂时飞行；二是局部粘补法，但粘补后需要24h才能干燥，若粘补不牢，一个飞行场次又可能被撕裂，需要重新或反复粘补；三是将水平安定面整体拆下送大修厂修理，翼面更换新亚麻布，修理周期大约一周。

上述三种修理方法均不能有效解决该型水平安定面翼面易损故障这一难题，严重影响了用户的正常使用，因此迫切需要另寻解决途径。

2 解决方案

为解决水平安定面翼面易损问题，经调研和分析，决定采用两种方案进行解决：一是购买新型水平安定面，二是以金属材料替换亚麻布材料。

2.1 购买新型水平安定面

咨询俄方直升机制造厂家，可用8AT-3100-00-05新型水平安定面替代。新型水平安定面是原水平安定面的改进型，俄罗斯后续出厂的直升机已使用了新型水平安定面。新型水平安定面翼面蒙皮为金属材料，不易发生撕裂、破损等故障，出厂价格约为80万元。

2.2 局部改进

对原水平安定面进行结构分析，结论是完全可以对该型水平安定面进行局部改进。改进方案是将大梁后缘与翼肋后部缘条之间的翼面蒙皮材料由亚麻布更换为强度更优的铝合金，蒙皮固定方式采用铆钉铆接。按这种改进方案进行估算，成本约为6万元。

2.3 方案对比

对比以上两种方案，第一种方案需要投入较大一笔资金进行国外采购，且导致原水平安定面的大梁、前缘结构等零组件停止使用，必然造成有用物资的浪费，另外备件和周期受制于俄方，因此认为宜采用第二种方案。

3 方案设计

选用局部改进方案的目的，是既要解决亚麻布蒙皮易老化、破损等问题，又想尽量保留原有的大梁、前缘翼肋、前缘蒙皮、钢带等构件。因此，改进的主要内容仅是水平安定面的后缘蒙皮及影响蒙皮安装的后缘翼肋、后缘桁条。

3.1 蒙皮

主要是选择蒙皮的材料和铺设方式。

1）材料的选择

实测该型水平安定面采用的112号亚麻布单位长度的抗拉力为：经向21.2N/mm，纬向16.5N/mm。

由于直升机蒙皮为铝合金，考虑航空制造业的通用做法，本次改进的蒙皮选择重量相对其他金属材料较轻的铝合金。

另外，考虑到材料购置的难易程度，拟选用通用的2A12（T4状态）铝合金板。该铝合金板抗拉强度为405MPa，厚度为0.6mm，单位长度的抗拉力为243N/mm，其强度远优于原亚麻布蒙皮。

2）蒙皮的铺设

在铺设蒙皮时应保证该型水平安定面翼型气动外形不发生变化，上下翼面蒙皮各用一块0.6mm厚的2A12铝合金板铆接在翼肋及大梁加强件后缘上。

3.2 翼肋和纵向构件

1）翼肋

铺设亚麻布蒙皮的水平安定面翼面为了保持光滑的气动外形，在其翼肋上设计有排列整齐的穿线孔和线槽，便于用麻线将亚麻布蒙皮缝绑固定在翼肋骨架上，但该结构形式不适用铝合金蒙皮的铆接固定，因此必须对翼肋进行局部改进。

对翼肋改进时，不改变其气动外形尺寸，只对铆接安装边进行改进，将原带有线槽的弯边改为平直安装边，以保证铆接面紧密贴合（见图4），其中，b为边距，S为安装边。

2）纵向构件

另外，1、2、3、4号翼肋之间的距离较大，更换成铝合金蒙皮后容易鼓动发出声响。为此，在1、2、3、4号翼肋之间设计一个纵向构件，经测量确定该纵向构件的外形尺寸，如图5所示。

为了确定翼肋与纵向构件铆接的安装边尺寸，先选择铆钉直径。实测1号翼肋厚度为1.0mm，2～7号翼肋厚度为0.6mm，铆接层最大总厚度为1.6mm，根据公式d=2∑S，计算得出铆钉直径为2.53mm。因此，上蒙皮选用H3×4GB867铆钉铆接。为方便施工，下蒙皮选用CR3213-4-2抽芯铆钉进行单面铆接。

1～6号翼肋和加装的纵向构件为单排铆接，选择的铆钉直径为3mm，边距b为6～7mm，最小安装边尺寸Smin= 2b+d=2×6+3=15mm。

7号翼肋除铆接后缘蒙皮外，还需铆接一排安装翼尖罩的M4GB930螺座，铆钉排距t=3d=3×3=9mm，铆接安装边最小宽度Smin=2d+t+2b=2×3+9+ 2×6=27mm，即水平安定面设计安装边宽度应为35mm。

3）后缘

原后缘结构不适用改进后的蒙皮铆接，应予以拆除。水平安定面后缘设计为2mm厚的2A12铝合金垫片，铆装于上下蒙皮之间。

4 校核重心

由于水平安定面的改进需更换蒙皮材料和部分结构，可能影响直升机整机的重心分布，因此需要对改进水平安定面后的直升机重心进行测量、校核，以确保直升机飞行安全。

对改进前后的水平安定面进行称重，实际的数据见表1。

根据表1计算改进后的水平安定面对直升机重心的影响。

改进前后水平安定面重量增加如下：

直升机重心偏离范围为300～-90mm之间。根据该型直升机维护手册要求，安装改进后的水平安定面符合直升机重心偏离规范。

5 结束语

经过对两架水平安定面改进后的直升机进行监控，发现其使用1000飞行小时后再未发生水平安定面蒙皮撕裂、破损等故障，也未影响其他结构部件及设备的使用。

结果证明，局部改进的思路既提高了直升机的出勤率，又节约了经费，具有较大的经济效益和军事效益。因此，现已对该改进方案进行推广，现役直升机水平安定面亚麻布蒙皮全部改成铝合金材料。

参考文献

[1]《中国航空材料手册》编辑委员会编. 中国航空材料手册 第2版[M]. 北京：中国标准出版社，2002.

[2]朱祖芳主编.铝合金阳极氧化与表面处理技术[M]. 北京：化学工业出版社，2004.

[3] 李成功等编著.航空航天材料[M]. 北京：国防工业出版社，2002.7B0E54E4-595B-4624-91E1-B0838A8D0742