一种直升机水平尾翼连接支撑结构

技术领域

本发明属于直升机水平尾翼连接技术领域。具体涉及一种直升机水平尾翼的连接及支撑结构。

背景技术

直升机的水平尾翼连接形式及细节对水平尾翼及其连接件的使用寿命影响极大，使用悬臂梁结构单路传递水平尾翼载荷的结构使水平尾翼平衡稳定性差，根部弯矩大，易产生疲劳问题。现需要设计一种可调节长度的支撑结构对水平尾翼进行支撑，同时对根部的连接件以及连接细节进行加强和改进。

2018年04月06日公开的实用新型专利《一种代替折叠撑杆机构的可调节装置》(公告号CN207191482U)提及了一种起落架折叠支撑机构，该专利的目的是在主起落架试验中，为了实现在静强度和疲劳试验中对起落架姿态的调整，设计一种全新的可调节装置，在试验中用于替代真实的折叠撑杆机构。

2015年12月02日公开的发明专利《一种直升机平尾连接装置》(公告号CN105109670A)提及了一种直升机平尾连接装置，该专利的目的是提供一种可以快速拆装直升机平尾的连接装置。但所述连接装置为单路传递水平尾翼载荷，抗疲劳性能差，水平尾翼寿命低，更换以及维护成本极高。

2013年11月27日公开的发明专利《一种直升机水平尾翼连接装置以及水平尾翼》(公告号CN106342053B)涉及一种可以在地面调整安装角度的直升机水平尾翼，一般用于直升机科研试飞阶段。

现有发明水平尾翼连接技术存在的问题：

①现有发明的水平尾翼连接形式为悬臂梁结构，传力路径为单路传递载荷，载荷传递效率低，水平尾翼根部及水平尾翼接头应力大，水平尾翼接头寿命低。

②现有发明的水平尾翼接头为铝合金机加件，材料强度低，接头抗疲劳性能差，低应力区材料冗余，接头材料利用率差。

③现有发明的水平尾翼连接螺栓螺纹区直径小，在动载荷作用下螺栓螺纹处易发生疲劳断裂，且现有的各连接件与结构间采用防腐蚀密封混合物进行隔离，其防护层在安装使用中的转动磨损作用下易脱落，导致螺栓与外界空气直接接触，发生电化学腐蚀。

④现有发明的水平尾翼通过前梁预留的通孔安装套筒后与水平尾翼接头耳片的孔配合，两侧特制螺栓贯穿连接，耳片与前梁之间需要留有间隙从而确保平尾成功安装，二者之间的间隙需要使用垫片来填充。原结构使用固定厚度的垫圈，并未考虑漆层公差，零件公差以及密封剂的公差，导致水平尾翼连接后接头耳片与平尾前梁之间存在间隙，造成飞行过程中平尾微小的移位，易导致结构的疲劳破坏。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有抗疲劳能力强，承载效率高，具有优良的防腐蚀性能的直升机水平尾翼连接支撑结构。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种直升机水平尾翼连接支撑结构，包括：水平尾翼接头和撑杆组件；

所述水平尾翼接头分别连接水平尾翼和垂尾；

所述撑杆组件分为左撑杆组件和右撑杆组件；

所述左撑杆组件两端分别连接水平尾翼左侧气动压心处与垂尾底部；

所述右撑杆组件两端分别连接水平尾翼右侧气动压心处与垂尾底部；

所述撑杆组件长度可调节。

进一步，所述撑杆组件包括：圆管、上接头、下接头和杆接头；

所述圆管两端分别与上接头和下接头固定连接；

所述圆管通过上接头与水平尾翼连接；

所述杆接头一端为单耳，另一端为设有外螺纹的圆柱；

所述下接头设有与杆接头外螺纹相匹配的螺纹孔；

所述杆接头一端通过单耳与垂尾连接，另一端与下接头螺接，通过杆接头相对于下接头旋转以调节撑杆组件的长度。

进一步，所述撑杆组件还包括：螺母；所述螺母套设在杆接头螺纹段并贴紧下接头；所述螺母用于将杆接头锁紧在下接头内。

进一步，所述撑杆组件还包括：垫片；所述垫片设置在螺母与下接头端面之间；下接头端面设有凹槽，所述垫片靠近下接头一侧设有与凹槽配合的凸起；所述凸起与凹槽配合用于防止垫片旋转。

进一步，所述撑杆组件还包括：锁线；

所述垫片上设有锁线孔；所述螺母上设有保险孔；所述锁线穿过锁线孔与保险孔用于螺母防松。

进一步，所述撑杆组件还包括：关节轴承；

所述关节轴承设置在杆接头单耳内；所述杆接头通过关节轴承与垂尾底部连接。

进一步，所述上接头设有搭铁线连接孔；所述搭铁线连接孔通过螺栓与水平尾翼进行电搭接。

进一步，所述水平尾翼接头上端设有五个航向通孔；所述航向通孔通过螺栓与垂尾连接；所述水平尾翼接头左右两侧分别设有两组耳片，每组耳片包括上下两个水平设置的单耳；所述两组耳片通过螺栓与水平尾翼连接。

本发明所述的水平尾翼连接支撑结构，具有水平尾翼根部以及水平尾翼接头应力水平较低，寿命长的优点。连接接头具有高强度，抗腐蚀性和疲劳性能好的优点，同时经过利用CAE分析软件对结构进行拓扑优化设计，反复迭代，去除冗余材料，重量轻的特点。支撑结构具有调节长度的功能，可以抵消零部件制造过程中的公差积累，顺利安装。可选垫圈精确地调整水平尾翼与水平尾翼接头之间的间隙，避免飞行过程中的微小振动引起结构的疲劳。合理的表面防护防止拆装过程中防护物的脱落造成结构的腐蚀。

附图说明

图1为一种直升机水平尾翼连接支撑结构示意图；

图2为水平尾翼接头轴测图；

图3为撑杆结构示意图；

图4为撑杆调节长度一侧分解示意图；

图5为水平尾翼接头处连接示意图；

其中1-水平尾翼、2-垂尾、3-平尾翼接头、4-撑杆组件、5-接头、6-接头、7-凸肩衬套、8-螺栓、9-螺母、10-垫圈、11-调整垫圈、12-开口销、13-圆管、14-上接头、15-下接头、16-衬套、17-杆接头、18-关节轴承、19-螺母、20-垫片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

一种直升机水平尾翼连接支撑结构，如图1所示，所述水平尾翼1与垂尾2通过水平尾翼接头3在水平尾翼1的中部连接，水平尾翼1通过前梁预留的通孔安装套筒后与水平尾翼接头3耳片的孔配合，两侧使用特制螺栓贯穿连接，水平尾翼接头3通过5个螺栓与垂尾2进行连接。同时，在水平尾翼1的左右侧气动压心位置与垂尾2的后梁之间使用撑杆组件4进行支撑，撑杆组件4与水平尾翼1通过接头5使用螺栓进行连接，撑杆组件4与垂尾2通过接头6使用螺栓进行安装。

水平尾翼接头如图2所示，水平尾翼接头3使用具有高强度，抗腐蚀性和疲劳性能好的15-5PH不锈钢机械加工制造，利用CAE分析软件对结构进行拓扑优化设计，反复迭代，去除冗余材料，进行减重设计。接头耳片采用过盈配合的方式安装凸肩衬套7用以防止螺栓对前梁的磨损，提高前梁连接处的疲劳性能。水平尾翼接头3通过5个螺栓连接至垂尾2。

撑杆组件如图3和图4所示，所述圆管13通过焊接方式与上接头14和下接头15连接，2个衬套16与上接头14上的两个叉耳通过过盈配合的方式进行安装，衬套16用以防止螺栓对上接头14孔壁的磨损。

所述杆接头17轴上带有通长外螺纹，下接头15上有与杆接头17配合的内螺纹，当将杆接头17拧到下接头15内合适的长度时，将垫片20上的凸起卡入下接头15的凹槽内，然后将螺母19拧紧，拧紧后的螺母19产生的预紧力可以防止杆接头17转动，然后将螺母19与垫片20使用锁线进一步锁紧。

杆接头17上安装关节轴承18用于调整撑杆组件4中心线与垂尾处接头5不同轴的微小差异。

图5为水平尾翼接头连接处示意图，结合图1所示，所述水平尾翼1与水平尾翼接头3的连接通过螺栓8，螺母9，垫圈10，调整垫圈11，开口销12，所述调整垫圈11是从6个厚度以0.1mm递减的可选垫圈中，按从最厚至最薄的顺序试装过程中选出的，可顺利安装的同时确保安装后结构的间隙小于0.1mm。所有垫圈10、垫圈11的接触表面，螺母9的螺纹区，螺栓8头底部、光杆以及螺纹区使用具有良好金属表面粘附性，可减小连接结构间的摩擦，具有隔离作用、良好防腐蚀作用的润滑脂进行防护。避免传统的防腐蚀密封混合物在安装使用中的转动磨损作用下易脱落的现象。

如图3所示，上接头14设有搭铁线连接孔；所述搭铁线连接孔通过螺栓与水平尾翼进行电搭接。

一种可调节长度的支撑结构，可以将水平尾翼的部分载荷通过支撑结构传递至垂直尾翼结构，从而降低水平尾翼根部以及水平尾翼接头的应力水平，提高其使用寿命；可调节长度的支撑杆用以抵消水平尾翼和垂直尾翼零件装配制造过程中积累的公差，确保支撑杆的顺利安装。

提高水平尾翼接头的强度，对水平尾翼接头进行优化设计，替换其材料，使用具有高强度，抗腐蚀性和疲劳性能更好的15-5PH不锈钢，利用CAE分析软件对结构进行拓扑优化设计，反复迭代，去除冗余材料，进行减重设计。

增大水平尾翼连接螺栓螺纹区直径，将各个连接件与结构之间原有的防腐蚀密封混合物改为使用润滑脂。从而提高涂层的表面粘附性，减小连接结构之间的摩擦和磨损，起到隔离作用的同时，具有良好的防腐蚀性能。

精确计算水平尾翼接头与水平尾翼之间的漆层公差、零件公差以及密封剂的公差累计值，得出水平尾翼接头与水平尾翼之间间隙的最大和最小值范围，在这个范围内设计数个厚度以0.1mm递减的垫圈，安装过程中从最厚到最薄试装，直到垫片可以成功安装，从而确保结构件的间隙小于0.1mm。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。