一种飞机垂直尾翼安定面复材前缘结构

技术领域

本发明涉及飞机技术领域，特别涉及一种飞机尾翼结构。

背景技术

传统的垂直安定面前缘多采用金属铝合金蒙皮加金属铝合金肋抽铆成型，针对飞机的适航工作CCAR25部中第25.631条要求“尾翼结构的设计必须保证飞机在与 3.6 公斤(8 磅)重的鸟相撞之后，仍能继续安全飞行和着陆。因此金属材料由于其材料性质，想要获得所需的抗冲击的能力，只能通过增加蒙皮厚度或在前缘翼型高度高，前缘迎击面大的地方增加金属肋的方式实现，这就导致金属垂直安定面前缘结在装配成型后质量较重。金属结构前缘肋与前缘蒙皮、前梁为共铆结构导致结构拆装困难。且金属结构抗腐蚀性能差，对于常于海洋湿润环境下作业的飞机，金属耐酸碱盐腐蚀能力较差。因此使用复合材料代替金属材料制作具有很多优势，且有很大的前景。

现有技术中公开了一种能够提高飞机抗鸟撞性能的尾翼，其公开号为：CN102390520 A，公开日为：2012-3-28，包括前蒙皮组件，前蒙皮组件包覆在内蒙皮与外蒙皮之间的蜂窝芯和分鸟器，该分鸟器采用铝合金矩形板弯折而成，前蒙皮组件的后端依次固定有小前梁、翼肋、大前梁，组成了类似方形框架结构，其不足之处在于，此种方框结构由于其中部为中空，在遇到撞击时，中部没有支撑，其抗冲击能力较弱；另外由于垂直尾翼相对于水平尾翼其宽度更大，再遇到鸟撞时受力面积也相对更大，前缘结构相对于水平尾翼更钝，即水平尾翼在分解鸟躯体后躯体对表面的冲击相对更小，平尾前缘最宽的地方是300mm，垂尾前缘最宽的地方是450mm。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种飞机垂直尾翼安定面复材前缘结构，解决了现有尾翼前缘抗冲击较弱的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种飞机垂直尾翼安定面复材前缘结构，包括前蒙皮组件，所述前蒙皮组件的内侧从根部至端部安装有多个肋盒，肋盒的外表面与前蒙皮组件内表面形状相同、且贴合在一起，所述肋盒之间经隔板相连，所述前蒙皮组件由包覆在内蒙皮与外蒙皮之间的蜂窝夹层和分鸟组件组成，所述分鸟组件包括第一金属切割器、楔形复材切割器以及第二金属切割器，所述第一金属切割器设置在前缘结构的根部，所述第二金属切割器设置在前缘结构的端部，所述楔形复材切割器设置在第一金属切割器与第二金属切割器之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

由于垂直尾翼相对较钝（即相对于水平尾翼来说垂直尾翼宽度较大），鸟撞时相对于水平尾翼必然会对前缘两侧造成较重的撞击，本发明通过在前缘后端设计贴合前缘的肋盒，并在肋盒之间增加隔板，在遇到鸟撞时，如果撞击到肋盒位置，肋盒结构可以很好的抵消冲击力，但是从减重角度触发不可能做到高密度安装肋盒结构，当撞击到两肋盒之间位置，由于设计了隔板，也可以很好的抵消冲击力，并且隔板将两肋盒连接起来，还能增强了整体的抗冲击强度，不再存在中空结构；本发明将原有的金属结构换成了中部大量的复材结构切割器，减轻了重量；另外本发明还降低了维护成本，采用复材相对于金属材料可大大降低维护成本。

作为本发明的进一步改进，所述楔形复材切割器包括第一楔形条、第二楔形条以及弧形条，所述第一楔形条与第二楔形条相互对称、且前端贴合在一起，第一楔形条、第二楔形条的后端贴合在弧形条的两端，所述第一楔形条、第二楔形条、弧形条三者之间形成空腔。如此结构设计其楔形结构前端较为尖锐，可轻松实现将鸟类的躯体分解，后端的弧形条具备一定的韧性，可以起到缓冲效果。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属切割器包括贴合在内蒙皮内侧的根弧形连接部，根弧形连接部表面靠近根部位置设有根楔形分解部，根楔形分解部穿过，根弧形连接部靠近根部位置的侧面设有连接端部。如此结构增强了根部的强度。

作为本发明的进一步改进，所述第二辅助切割器包括端弧形连接部，端弧形连接部表面靠近端部位置设有端楔形分解部。如此结构增强了尾部的强度。

作为本发明的进一步改进，所述肋盒的尾部固定有连接件。可做适应性连接，安装不同尺寸规格的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明侧截面图。

图3为本发明侧视图。

图4为沿图3中A-A向剖视图。

图5为沿图3中B-B向剖视图。

图6为沿图3中C-C向剖视图。

图7为本发明中楔形复材切割器结构端面图。

图8为本发明中第一金属切割器结构示意图。

图9为本发明中第二金属切割器结构示意图。

图10为本发明中肋盒与隔板连接示意图。

图11为本发明安装在垂直尾翼上结构示意图。

图12为本发明撞击测试图一。

图13为本发明撞击测试图二。

图14为本发明撞击测试图三。

其中，1前蒙皮组件，101内蒙皮，102外蒙皮，103蜂窝夹层，104分鸟组件，104a第一金属切割器，104aa根弧形连接部，104ab根楔形分解部，104b楔形复材切割器，104ba第一楔形条，104bb第二楔形条，104bc后弧形条，104c第二金属切割器，104ca端弧形连接部，104cb端楔形分解部，2肋盒，3隔板，4连接件，5垂直尾翼，6前缘结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-11所示的一种飞机垂直尾翼安定面复材前缘结构，其安装在垂直尾翼5前端，前缘结构6包括前蒙皮组件1，前蒙皮组件1的内侧从根部至端部安装有九个肋盒2，肋盒2的外表面与前蒙皮组件1内表面形状相同、且贴合在一起，肋盒2与前蒙皮组件1的实心区采用抽钉铆接，肋盒2之间经隔板3相连，隔板3可采用蜂窝夹心隔板3，肋盒2的尾部固定有连接件4，连接件4采用折板结构。

前蒙皮组件1由包覆在内蒙皮101与外蒙皮102之间的蜂窝夹层103和分鸟组件104组成，其中内蒙皮101厚度为0.6mm，外蒙皮102厚度为1mm，蜂窝夹层103为变厚度结构，厚度最厚部位为52mm，最薄部位为18mm，分鸟组件104包括第一金属切割器104a、楔形复材切割器104b以及第二金属切割器104c，第一金属切割器104a设置在前缘结构的根部，贴合在内蒙皮101内侧，与内蒙皮101、楔形复材切割器104b采用抽钉连接，第二金属切割器104c设置在前缘结构的端部，贴合在内蒙皮101内侧，与内蒙皮101、楔形复材切割器104b采用抽钉连接，楔形复材切割器104b设置在第一金属切割器104a与第二金属切割器104c之间，从根部到端部拉通成型。

楔形复材切割器104b包括第一楔形条104ba（图中上半部分）、第二楔形条104bb（图中下半部分）以及弧形条（图中后部），三者使用胶膜固化连接，第一楔形条104ba与第二楔形条104bb相互对称、且前端贴合在一起，第一楔形条104ba、第二楔形条104bb的后端贴合在弧形条的两端，第一楔形条104ba包括前段楔形部、中断支撑部以及后段楔形部，前段楔形部与中断支撑部之间形成钝角，第一楔形条104ba的前段楔形部与第二楔形条104bb的前段楔形部内侧贴合在一起，弧形条与第一楔形条104ba后段楔形部、第二楔形条104bb的后段楔形部贴合在一起，第一楔形条104ba、第二楔形条104bb、弧形条三者之间形成空腔，第一楔形条104ba、第二楔形条104bb、弧形条三者之间形成空腔，空腔可使用发泡胶进行填充。

第一金属切割器104a包括贴合在内蒙皮内侧的根弧形连接部104aa（采用抽钉连接），根弧形连接部104aa表面靠近根部位置设有根楔形分解部104ab，根弧形连接部104aa靠近根部位置的侧面设有连接端部；104c第二辅助切割器包括端弧形连接部104ca，端弧形连接部104ca表面靠近端部位置设有端楔形分解部104cb。如此结构增强了尾部的强度。

本发明通过在前缘后端设计贴合前缘的肋盒2，并在肋盒2之间增加隔板3，在遇到鸟撞时，如果撞击到肋盒2位置，肋盒2结构可以很好的抵消冲击力，撞击到两肋盒2之间位置，由于设计了隔板3，也可以很好的抵消冲击力，并且隔板3将两肋盒2连接起来，增强了整体的抗冲击强度；将金属的加强件替换成上述结构的分鸟组件104，尤其是楔形复材切割器104b，大大减轻了重量，同时这种特殊结构的复材切割器可很好的分解鸟类躯体，且具备一定的韧性，大大增强了前缘的抗冲击能力，在保证抗冲击能力的前提下，减轻了重量。

关于分鸟组件104结构的特征说明如下：

第一楔形条104ba的前段楔形部、第二楔形条104bb的前段楔形部贴合后形成分切部，此部位较为尖锐在遇到鸟撞时，可直接将鸟类躯体分解，且此处结构不同于三角形内部中空的尖端结构，其作为实体的三角形结构，在遇到鸟撞时抗撞击能力更强；中段支撑部作为主受力部位，钝角的配合下在鸟撞时可更早的承受大量冲击力，保证了分鸟器的整体强度，因此其厚度不可调整，后端的楔形结构设计是考虑到力从前端传递到后端时，主要的受理区域靠近楔形条的内侧，因此考虑减重设计，外侧可减少材料做楔形面处理；另外钝角结构形成的楔形条相对于三角形平面结构其受力面积更大；后弧形条104bc结构的设计形成了弹性受力区，即前端的冲击力传递后后方时，中段支撑部、后段楔形部会发生轻微弹性形变，并在外力消除后复位，起到很好的缓冲效果，相对于金属平面结构，其具有更好的韧性；楔形复材切割器104b两端需要固定才能起到分鸟作用，由于结构设计原因，根部、端部肋无法固定楔形复材切割器104b，第一金属切割器104a、第二金属切割器104c可以起到楔形复材切割器104b的作用，同时，楔形复材切割器104b主要靠蜂窝支撑，蜂窝无法贯穿整个前缘，所以根部与端部切割器延续并加强楔形结构分鸟的作用。

如图12-14所示，为本发明进行鸟撞测试结果图，测试条件要求为≈520km/h速度下的3.6公斤（8磅）重的鸟相撞之后，从图中可以看出，受损伤部分仅为蜂窝夹层103，内蒙皮101并未受损，前梁更不会被穿透，满足设计要求。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。