民用飞机襟翼运动机构运动可靠性分析及优化设计

陈 炎,董 萌

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

基金项目：民用飞机专项科研项目

作者简介：陈炎(1990—)，男，工程师，硕士，主要研究方向为飞机增升机构设计，chenyan@comac.cc.

摘要：以滑轨-滑轮架式襟翼运动机构为研究对象，在其运动关系的基础上建立了考虑多种误差的可靠性分析模型，并运用数值分析方法（蒙特卡罗数字模拟法）对此机构在襟翼巡航、起飞和着陆状态的运动可靠性进行分析，同时研究了各个误差因素的可靠性灵敏度，最后采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该运动机构可靠性进行优化，提出了提高该机构运动可靠性的相关措施。

关键词：襟翼运动机构；可靠性；蒙特卡罗数字模拟法；非支配排序遗传算法

中图分类号：V224+.5      文献标识码：B     文章编号：2095-509X(2021)06-0038-05

襟翼作为飞机增升装置的一部分，可以在飞机起飞时增大升力系数，减小滑跑距离；在飞机着陆时同时增大升力系数和阻力系数，改善飞机进场速率，减小滑跑距离，减少空难事件的发生^［1］。为使襟翼实现起飞、着陆时的位置要求需设计相应的运动机构，运动机构在导引襟翼运动过程中，由于存在各种不确定性影响因素（如零件尺寸误差、输入误差、运动副间隙误差、装配误差和磨损等），襟翼实际运动轨迹与理论值存在偏差，这些偏差会影响襟翼缝道参数、降低飞机气动效率，严重情况下会引起襟翼卡滞。因此，对襟翼运动机构不确定性影响因素下的可靠性进行分析，具有十分重要的意义。

国内外已有学者^［2-3］对相关问题展开了相关研究，这些研究主要考虑了襟翼作动器的安装误差、制造误差和输入误差，运动机构零件尺寸误差，还有滚轮磨损对襟翼输出角度的影响。这些研究通常只考虑不确定因素对襟翼角度的输出影响，没有考虑襟翼位置的输出误差。本文以滑轨-滑轮架式襟翼运动机构为例，在其运动关系的基础上建立了可靠性分析模型，并运用数值分析方法得到了此机构在襟翼巡航、起飞和着陆3个状态的运动可靠性分析结果及可靠性灵敏度，并对该襟翼运动机构运动可靠性进行优化。

1 襟翼运动机构工作原理及运动分析

滑轨-滑轮架式襟翼运动机构简图如图1所示，该机构主要由曲柄、摇臂、滑轨、滑轮架组成^［4］。该机构的工作原理为驱动器驱动曲柄转动，带动摇臂运动，使滑轮架沿滑轨移动。由于襟翼与摇臂固连的同时与滑轮架铰接，因此襟翼可以沿滑轨边后退边下偏，实现特定的运动轨迹。

研究襟翼运动机构的运动可靠性，实际需要考虑襟翼实际偏转角度和位置是否能准确达到理论值。本文以曲柄与驱动器的理论连接点为原点建立坐标系，如图1所示，此时襟翼偏转角度可以用襟翼弦线和x轴夹角δ表示，襟翼位置可以用襟翼弦线任取一点P3坐标(x3,y3)表示。曲柄与摇臂连接点P1的坐标(x1,y1)需满足曲柄定长约束条件，即

x1=x0+l1cosθ

y1=y0+l1sinθ