变弯度机翼后缘滑槽耳片连接设计与验证

摘 要：当前民用飞机的变弯度机翼主要通过机械式驱动实现机翼变形。在变弯度机翼后缘变形时，机翼蒙皮与驱动机构中驱动杆的相对位置关系会发生变化，往往导致驱动机构与蒙皮变形不协调问题。为满足变弯度机翼后缘变形设计要求，本文提出一种驱动机构与蒙皮的连接结构设计方案以实现变弯度机翼后缘变形协调。通过建立变弯度机翼后缘驱动机构运动模型，分析了变弯度机翼后缘在偏转过程中驱动机构与蒙皮连接点处机构点的运动特性，获得了机构点与蒙皮的相对位置关系。进而，通过研究蒙皮耳片开槽形式和开槽方法，对耳片及滑槽进行了设计。最后，通过对研制的变弯度机翼后缘试验样件开展变形和承载功能试验，验证了滑槽耳片设计方案可满足机翼变弯过程中的气动外形要求和承载能力要求。

关键词：变弯度机翼； 后缘； 滑槽耳片； 设计与验证

中图分类号：V224 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.12.002

变弯度机翼可以通过调整机翼翼型的弯度满足飞机最佳气动要求，提高飞机飞行效率，达到降低燃油消耗、降低噪声的作用[1-4]。目前国内外形成的变弯度机翼后缘结构方案有刚性多指节后缘、基于刚柔耦合的后缘方案[5-6]等。与机翼前缘不同，机翼后缘形状为细长形，并且从设计、工程制造方面考虑，机翼后缘蒙皮需分为上蒙皮和下蒙皮。从翼型剖面来看，变弯度机翼后缘在下偏过程中，后缘上蒙皮、后缘下蒙皮的弯度会发生变化，并且大部分情况伴随蒙皮弦向长度的变化。上、下蒙皮变弯过程中的弯度和长度变化的解决方案有特殊弹性材料的柔性蒙皮、自适应蜂窝结构柔性蒙皮[7]、波纹结构柔性蒙皮、蒙皮与后缘主机构的柔性铰链连接[6]等。上述方案是一种创新，尚处于技术探索和研究阶段，还有很多难点需要解决。

在机械设计中，为解决机构变形协调问题，多种多样的变形结构或运动连接形式被使用。其中，滑槽或滑块方案在机械设计中实现机械传动并补偿刚柔耦合的变形协调被广泛应用。针对传统扑翼飞行器机翼拍打存在相位差的问题，一种使用曲柄滑槽机构传动的扑翼飞行器被设计[8]出来。陈秀等[9]提出了一种新型摇块滑槽式少齿差输出机构，并通过运动学建模对其运动规律进行了分析。李启等[10]针对目前折翼飞行器折叠机构较少和折叠幅度小的问题，通过改进曲柄滑块机构设计了一款能够大幅度折叠和展开的折叠翼机构。

针对变弯度机翼后缘在下偏过程中，后缘上、下蒙皮与后缘机构的相对位置发生变化，为了保证机构运动与蒙皮变形相协调，同时考虑后缘整体对结构刚度的要求，本文提出了一种技术成熟度较高的后缘机构与蒙皮的连接形式，即基于滑槽的连接形式。

1 研究背景

在变弯度机翼技术研究过程中，针对变弯度机翼后缘提出了多种设计方案，包含多指节方案、偏心梁方案[11]、基于刚性机构的刚柔耦合方案（刚性机构与蒙皮之间采用柔性连接）等，并且分别对上述方案进行了验证。在方案验证和改进过程中，本文以基于刚性机构的刚柔耦合方案为基准方案，衍生出一种后缘刚性机构与蒙皮连接的结构形式，创新性地采用滑槽耳片结构形式实现机构与后缘上、下蒙皮的连接，为解决后缘机构与蒙皮的运动协调提供了一种思路。