現(xiàn)代民用飛機翼肋布置

趙愛瑩

【摘 要】翼肋布置對翼盒設(shè)計至關(guān)重要。本文主要介紹翼肋的常見布置形式、布置原則并重點闡述翼肋布置時需考慮的協(xié)調(diào)因素。

【關(guān)鍵詞】飛機；肋；布置

【Abstract】The layout of ribs is quite important for the configuration of wingbox. This paper mainly introduce the traditional layouts and the layout principle. The factors which should be considered in the process are also mentioned.

【Key words】 Rib； Layout； Wingbox

0 引言

翼肋位于機翼上下壁板之間，航向與前梁、后梁連接。

主要功能如下：

1）將氣動力及集中載荷轉(zhuǎn)換成為壁板和翼梁自身平面方向的作用力，即把載荷擴散到翼盒，由壁板和梁腹板的內(nèi)力來平衡；

2）具有維持機翼氣動外形的作用；

3）對壁板提供支持，翼肋的剛度直接影響其對壁板的支持系數(shù)，從而影響壁板的總體穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性；

4）為吊掛、襟翼、副翼、縫翼、擾流板和起落架提供安裝支持；

5）為系統(tǒng)安裝提供支持；

6）油箱半密封肋控制燃油流動方向并減輕燃油晃動的影響，端肋密封后作為整體油箱邊界。

基于以上功能，可以看出翼肋布置直接影響翼盒的布置。

1 布置形式

翼肋的常見布置形式有如下三種[1]。

1.1 順氣流布置

這種布置可保證機翼有比較好的平滑外形，但在同樣翼肋間距情況下，翼肋長度比正交布置要長，故結(jié)構(gòu)重量重。同時，該布置使翼面壁板的有效長度增加，對提高穩(wěn)定性不利。由于翼肋與壁板長桁和翼梁不垂直相交，所以設(shè)計、制造和裝配的成本都將增加。另外，由于翼肋不垂直于機翼彎曲方向，導致翼肋緣條的彎矩增加，并使緣條受力復雜。

1.2 正交布置

這種布置比較常見，可減少翼肋長度，同時還可減少有效壁板長度，提高壁板穩(wěn)定性，減輕結(jié)構(gòu)重量。該布置的制造工藝性較好，受力清晰，具有較高的結(jié)構(gòu)效率，但在保證良好氣動外形方面不如順氣流布置。

1.3 混合布置

有時由于后掠翼根部三角區(qū)的布置需求，或起落架安裝連接的需要，或由翼肋間距需要，根部按順氣流布置翼肋，其他仍按垂直后梁軸線正交布置翼肋，中間肋布置方向逐步漸變。

2 布置原則

2.1 集中載荷

根據(jù)總體設(shè)計布局的要求，有集中載荷部位首先設(shè)置加強肋，如機翼各段對接、襟翼和副翼的懸掛和支撐點、發(fā)動機架的安裝點、起落架的安裝連接點、外掛懸掛點等。

2.2 后掠翼根部三角區(qū)

在后掠翼根部布置垂直于前梁和后梁的翼肋和邊緣肋，形成根部超靜定結(jié)構(gòu)三角區(qū)。這部分沒有蒙皮也屬于靜定結(jié)構(gòu)，其扭轉(zhuǎn)、剪切和彎曲易于分析。

2.3 統(tǒng)計和原準機確定翼肋間距

在方案設(shè)計階段，可根據(jù)原準機和統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定翼肋。根據(jù)現(xiàn)今飛機翼肋統(tǒng)計，最佳肋距在500mm左右，中型飛機為600mm左右，大型飛機約800mm。

2.4 翼盒和壁板總重量之和要小

翼肋間距適當增加，翼肋的數(shù)量減少，翼肋總重量下降。但由于翼肋間距加大，壁板承載時的結(jié)構(gòu)效率降低，壁板的總體失穩(wěn)臨界應力也降低，壁板的結(jié)構(gòu)重量增加。結(jié)構(gòu)總重量與翼肋間距之間的關(guān)系曲線如圖1所示[2]。

由于蒙皮-長桁壁板的應力隨N/L變化，所以，將翼肋布置得密集一些可以得到較輕的機翼表面結(jié)構(gòu)。但這樣做了以后，翼肋的重量便相當可觀，因此最輕的結(jié)構(gòu)事實上應該有較小的翼肋間距。因為蒙皮和桁條增加的重量要比減少翼肋所節(jié)省的重量大得多。

N——蒙皮-桁條壁板端部每英寸寬度上的壓縮載荷

L——翼肋的間距

2.5 肋間距逐漸變化

機翼的平面和厚度在翼展方向是漸縮的，所以，最佳結(jié)構(gòu)肋距是變化的。最大肋間距在機翼內(nèi)側(cè)根部區(qū)域，一般肋間距隨翼盒厚度增大而增加。

2.6 綜合利用

在翼肋布置中盡量考慮綜合利用，設(shè)計成具有雙重功能肋的位置，如支撐起落架的翼肋同時又支撐襟翼導軌。又如梁分段處布置的翼肋一方面參與梁的對接，另一方面還能支撐襟翼結(jié)構(gòu)。

3 布置流程

翼肋在第一輪布置時，若吊掛連接、主起連接等位置確定需在考慮該位置的基礎(chǔ)上，基于按照經(jīng)驗所確定的較優(yōu)肋間距、最優(yōu)肋布置方位及下壁板的施工和維護開口要求對機翼進行初步布置。翼肋布置過程中，所需考慮的協(xié)調(diào)因素較多。通過分析協(xié)調(diào)因素的需求，進一步確定翼肋的位置。之后，通過檢查強度分析、加工裝配、維護性分析等分析結(jié)果對布置進行二次優(yōu)化。該過程循環(huán)迭代直至最優(yōu)。

在翼肋布置過程中，需遵循“先后有序、主次有別、基準先行、注重協(xié)調(diào)、滾動迭代、收斂優(yōu)化”的原則，不斷優(yōu)化協(xié)調(diào)，最終確定翼肋的布置方案。

4 結(jié)語

翼肋布置作為翼盒布置的一部分，因其考慮的協(xié)調(diào)因素較多，直接影響到翼盒的整體布置。除了要考慮布置因素，還應從全局角度考慮翼肋布置形式對飛機整體重量的影響，力爭翼肋布置經(jīng)濟合理。

【參考文獻】

[1] 《飛機設(shè)計手冊》總編委會.飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊10[M].航空工業(yè)出版社，2000：409-411.

[2]牛春勻.實用飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].航空工業(yè)出版社，2008.P364.

[責任編輯：王偉平]