机尾翼三维百分线快速设计技术研究

闫亚峰，张文俊，程世明，何爱平，张惠华，雷玉如

（江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西 南昌 330024）

引言

机尾翼是飞机的重要部件，机翼产生升力，尾翼起稳定与操纵作用。它们共同的特点是直母线表面部件。所谓直母线表面是一条直线作为母线，按一定规律运动形成的轨迹面称之为直母线表面。具有这种表面的部件称之为直母线部件。飞机上具有这种表面的部件有机翼、尾翼以及它们所属的付翼、襟翼、舵面等部件。为使此类部件的纵向构件外形呈直线或呈梯形状，简化施工难度，在机尾翼部件结构设计时往往将各纵向构件布置在等百分线处，以达到简化工艺、减少工装投入，加快项目研制速度等目的。

1 机尾翼外形特征介绍

由直母线原理得知，每个机翼或尾翼外形，均存在两个翼型两个控制切面，母线的两个端点分别按两控制切面翼型弦长的相同百分数型值点运动[1]，如图1。我们分别称之为根部翼型控制切面用Ⅰ-Ⅰ表示简称Ⅰ控，梢部翼型控制切面用表示Ⅱ-Ⅱ简称Ⅱ控。

这种运动规律的优点就是按百分线布置的纵向构件如：梁、长桁、墙等外形均呈梯形的平面板件，可简化工艺。

2 创建翼百分线环境及依据

在CATIA V5 3D 环境下，以理论模或产品数模外部参考中寻找已知条件，创建三维机尾翼百分线[2]。必须具备的条件有外形片体、弦平面、设计基准面、控制切面。

3 典型翼型百分线设计

1）两个控制切面互相平行，且弦线在同一个平面上（见图2）。这种母线的运动一般是按各控制切面翼型弦长的相同百分线上的型值点运动[3]，即X%=Xg/bg=Xs/bs。这种运动规律的优点就是按百分线布置大梁、墙、长桁时，梁、墙、长桁均是呈梯形的平面板件，在施工工艺上是最简单的，因此，机翼、尾翼（垂尾、平尾）多为该翼型。

该翼型百分线设计：控制切面的确定。在理论外形片体的根部、梢部寻找两平行及垂直弦平面的控制切面与翼型弦线；作根弦、梢弦百分点；按根弦、梢弦百分点，垂直弦线作直线与控制切面曲线相交，得到百分点处型值点；上下翼面分别按等百分型值点作直线，得到百分线；百分线检测。通过【距离分析】命令检测百分线与翼表面的距离，若距离为零，百分线正确，若有距离[4]，则说明百分线错误，重新设计，直到百分线与翼表面完全贴合，距离为零止。

2）两个控制切面不平行且两条弦线在同一个平面上，但同时垂直水平面或弦平面垂直于弦面（见图3），其母线运动存在两种情况。一是母线的一端点按稍部控制面的百分型值点运动，二是母线的一端点按根部控制面的百分型值点运动[5-6]。这种翼型的百分线设计是按母线运动规律决定。母线按那个控制切面运动，百分线设计就按那个弦长进行百分，另一个控制切面转换为与基准切面平行的切面进行百分线设计（见图3）。即将bg弦长转换为bg’弦长进行百分。

该翼型百分线设计：控制切面的确定。在理论外形片体的根部或梢部寻找基准切面，并将另一控制切面转换为与基准切面平行的切面含翼型弦线；作基准控制切面与转换后切面翼型弦长百分点；按基准控制切面与转换后切面翼型弦长百分点，垂直弦线作直线与控制切面曲线相交，得到百分点处型值点；上下翼面分别按等百分型值点作直线，得到百分线；百分线检测。通过【距离分析】命令检测百分线与翼表面的距离，若距离为零，百分线正确，若有距离，则说明百分线错误，重新设计，直到百分线与翼表面完全贴合，距离为零止。

3）两个控制切面不互相平行其中一个切面垂直弦平面，另一个切面与弦平面成一个夹角（见图4）。

这种情况多出现在具有上反角或下反角的机翼转角处，这时的母线运动一般是按稍部型值点运动，而根部基准对应的型值点要偏一个角，而不是在根部理论的百分型值点上，否则按相同的百分线布置的梁墙长桁将成为一扭面，破坏良好的工艺性。

该翼型百分线设计：控制切面的确定。在理论外形片体梢部寻找基准切面，并将根部控制切面转换为与梢部控制切面平行的切面含翼型弦线；作梢部控制切面与转换后根部切面翼型弦长百分点；通过梢部控制切面与转换后根部切面弦长百分点，垂直弦线作直线与控制切面曲线相交，得到百分点处型值点；上下翼面分别按等百分型值点作直线，得到百分线；百分线检测。通过【距离分析】命令检测百分线与翼表面的距离，若距离为零，百分线正确，若有距离，则说明百分线错误，重新设计，直到百分线与翼表面完全贴合，距离为零止。

4）扭转翼型，各肋的翼弦不在同一个平面上，根部翼弦与稍部翼弦有一个扭转角。其母线仍是直线，但母线运动有多样、较复杂（见图5）。扭转机翼母线运动可出现两种情况。一是母线按翼弦扭转后，两个基准切面的同名百分号的型值点运动，形成翼表面。二是按平行的基准，形成表面同第一种情况后再扭转。

扭转翼型百分线设计：在理论外形片体的根部、梢部寻找两平行的控制切面与翼型弦线；作根弦、梢弦百分点；通过梢部控制切面与根部切面弦长百分点，作弦线、垂直转换后弦线或I 控II 控的翼型基准线的垂线，与控制切面曲线相交，得到百分点处型值点；上下翼面分别按两控制切面相同百分型值点连直线，得到百分线；百分线检测。通过【距离分析】命令检测百分线与翼表面的距离，若距离为零，百分线正确，若有距离，则说明百分线错误或求型值点时，垂直的元素不对，重新设计，直到百分线与翼表面完全贴合，距离为零。

4 机尾翼外形光顺检侧

使用CATIA V5R18 软件，进入【自由曲面模块】，对机尾翼外形进行光顺检侧。

1）横向切面外形通过【梳状分析】命令，进行曲线的曲率梳检测，分析曲线的曲率连续性，反映曲线的光顺性程度（见下页图6）。

2）创建机尾翼百分线，进行纵向相同百分数型值点直线度检查（见下页图7）。

3）通过【曲面曲率分析】命令，进行曲面曲率分析。曲面的曲率用色标的形式表现，分析曲面内的曲率变化情况，反映曲面的光顺性。

4）通过【连接检查分析】命令，进行与机身及翼尖曲面间的连续与光顺情况检测。反映出曲面间的光顺性。

5 结语

三维机尾翼百分线的快速设计，是当下模线制造业，设计技术的传承与突破，是进行机尾翼外光顺检测的基础，既能满足当下数字化制造的要求，又能为零件与型架制造提供合理的制造依据，是全力推广主控工艺数模，实现工艺设计数据共享的内容之一。