一种襟副翼运动机构设计方法与流程

1.本技术属于飞机结构设计技术领域，特别涉及一种襟副翼运动机构设计方法。


背景技术：

2.对于短距起降飞机，有时会用到一种襟副翼，不仅具有常规副翼的横向控制功能，而且在飞机起飞和着陆阶段有一定后退量，具有襟翼的增加升力功能，并且两种功能相互独立，例如中国专利cn108100233a所述的襟副翼就是此种类型。
3.此种襟副翼运动机构为空间多连杆机构，有多个设计目标位置，涉及的参数非常多，另外还有安装空间、传动角等约束条件，采用常规设计方法非常困难，设计迭代次数多、设计周期长，得到的结果与多个目标位置均有不同程度差距。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供了一种襟副翼运动机构设计方法，以解决或减轻上述至少一个问题。
5.本技术提供的技术方案是：一种襟副翼运动机构设计方法，所述襟副翼运动机构包括襟副翼第一连杆、襟副翼第二连杆、襟副翼第三连杆、襟副翼第四连杆、小拉杆、瓦特连杆、摇臂、襟副翼翼面、第一作动器和第二作动器10，其中，襟副翼第一连杆与小拉杆形成铰链运动点的初始位置a和结束位置a1，小拉杆与襟副翼翼面形成铰链运动点的初始位置b、结束位置b1，襟副翼第一连杆、襟副翼第三连杆与瓦特连杆形成复合铰链运动点的初始位置c、结束位置c1，襟副翼第一连杆与襟副翼第二连杆形成铰链运动点的初始位置d、结束位置d1，襟副翼第二连杆与襟副翼第四连杆形成铰链运动点的初始位置e、结束位置e1，襟副翼第三连杆、襟副翼第四连杆与固定结构形成复合铰链固定点f，襟副翼第四连杆与第二作动器形成铰链运动点g，摇臂与第一作动器形成铰链运动点h，摇臂与固定结构形成襟翼功能转轴的铰链固定点o1，摇臂、瓦特连杆与襟副翼翼面形成副翼功能转轴的复合铰链运动点的初始位置o2、结束位置o
21
；
6.所述设计方法包括：
7.第一步，确定襟翼功能转轴o18.确定副翼功能转轴的初始位置o2、结束位置o
21
，襟翼功能转轴o1位于o2o
21
的垂直平分线上，根据外形约束和载荷情况，确定襟翼功能转轴o1的位置；
9.第二步：确定襟副翼第三连杆和瓦特连杆
10.构建关于襟副翼第三连杆和瓦特连杆的第一运动矢量方程组，根据包括机翼后梁位置、外形、操纵系统尺寸及各种管路的约束条件确定f点位置，从而确定襟副翼第三连杆和瓦特连杆；
11.第三步：确定襟副翼第一连杆和小拉杆
12.构建关于襟副翼第三连杆、襟副翼第一连杆和小拉杆的运动矢量方程组；根据传动效率和结构安装空间等确定b点位置，根据定位变换确定b1点的位置，从而确定襟副翼第
一连杆和小拉杆；
13.第四步：确定襟副翼第二连杆和襟副翼第一连杆靠近襟翼功能转轴o1部分
14.构建关于襟副翼第二连杆、襟副翼第一连杆靠近襟翼功能转轴o1部分和小拉杆的运动矢量方程组，从而确定襟副翼第二连杆和襟副翼第一连杆靠近襟翼功能转轴o1部分；
15.第五步：确定第一作动器和第二作动器
16.根据机翼外形、第二作动器与襟副翼第四连杆的传动角、机翼后梁的强度确定第二作动器位置，根据襟副翼在各位置的上下偏转角度确定第二作动器的行程，第二作动器用于控制襟副翼的副翼功能；
17.根据h点超出襟副翼外形的量、摇臂与第一作动器之间的传动角、结构安装空间确定第一作动器的位置与行程，第一作动器用于控制襟副翼的襟翼功能；
18.第六步：设计迭代
19.对襟副翼运动机构进行仿真，监控各运动构件之间的传动角及各交点载荷，当所述传动角小于预定值或结构安装空间不足时，按第一步～第五步进行迭代，对参数进行调整，迭代计算后得到最优解。
20.进一步的，构建关于襟副翼第三连杆和瓦特连杆的第一运动矢量方程组为：
[0021][0022]
式中，w为襟副翼第三连杆长度；
[0023]
z为瓦特连杆长度；
[0024]
α为襟副翼第三连杆初始位置角度；
[0025]
△
α为襟副翼第三连杆角度变化量；
[0026]
β为瓦特连杆初始位置角度；
[0027]
△
β为瓦特连杆角度变化量；
[0028]
p为副翼转轴运动矢量的长度；
[0029]
γ为副翼转轴运动矢量的方向角。
[0030]
进一步的，根据包括机翼后梁位置、外形、操纵系统尺寸及各种管路的约束条件确定f点位置后，同时约束襟副翼第三连杆长度、瓦特连杆长度的变量范围，关于襟副翼第三连杆和瓦特连杆的第一运动矢量方程组演变为第二运动矢量方程组：
[0031][0032]
式中，(x
f
,y
f
)为f点坐标值
[0033]
(x
o2
,y
o2
)为o2点坐标值；
[0034]
(x
o21
,y
o21
)为o
21
点坐标值；
[0035]
w
lower
为变量w的下限；
[0036]
w
upper
为变量w的上限，
[0037]
z
lower
为变量z的下限；
[0038]
z
upper
为变量z的上限。
[0039]
进一步的，在不限定变量范围或者仅限定w、α、
△
α、z、β、
△
β中任意一个或多个变量的范围下对第二运动矢量方程组求解，得到w、α、
△
α、z、β、
△
β、c点坐标(x
c
,y
c
)。
[0040]
进一步的，构建关于襟副翼第三连杆、襟副翼第一连杆和小拉杆的第三运动矢量方程组为：
[0041][0042]
式中，v为襟副翼第一连杆长度；
[0043]
为襟副翼第一连杆初始位置角度；
[0044]
为襟副翼第一连杆角度变化量；
[0045]
u为小拉杆长度；
[0046]
θ为小拉杆初始位置角度；
[0047]
△
θ为小拉杆角度变化量；
[0048]
q为b点运动矢量的长度；
[0049]
ε为b点运动矢量的方向角。
[0050]
进一步的，根据获得的襟副翼第三连杆参数及w、α、
△
α、c点坐标(x
c
,y
c
)、c1点坐标(x
c1
,y
c1
)，同时约束襟副翼第一连杆长度v、小拉杆长度u的变量范围，关于襟副翼第三连杆、襟副翼第一连杆和小拉杆的第三运动矢量方程组演变为第四运动矢量方程组：
[0051][0052]
式中，(x
c
,y
c
)为c点坐标值；
[0053]
(x
c1
,y
c1
)为c1点坐标值；
[0054]
(x
b
,y
b
)为b点坐标值；
[0055]
(x
b1
,y
b1
)为b1点坐标值；
[0056]
v
lower
—变量v的下限；
[0057]
v
upper
—变量v的上限；
[0058]
u
lower
为变量u的下限；
[0059]
u
upper
为变量u的上限
[0060][0061]
进一步的，在不限定变量范围或者仅限定v、u、θ、
△
θ中任意一个或多个变量的范围下对第四运动矢量方程组进行求解，得到v、u、θ、
△
θ、a点坐标(x
a
,y
a
)。
[0062]
进一步的，构建关于襟副翼第二连杆、襟副翼第一连杆靠近襟翼功能转轴o1部分和小拉杆的第五运动矢量方程组为：
[0063][0064]
式中，y为襟副翼第二连杆长度；
[0065]
r—襟副翼第一连杆右侧长度
[0066]
η为襟副翼第二连杆初始位置角度；
[0067]
△
η为襟副翼第二连杆角度变化量。
[0068]
进一步的，根据确定的u、θ、
△
θ、q、ε、(x
a
,y
a
)、(x
a1
,y
a1
)，约束襟副翼第二连杆2长度y、襟副翼第一连杆1右侧长度r的变量范围，关于襟副翼第二连杆、襟副翼第一连杆靠近襟翼功能转轴o1部分和小拉杆的第五运动矢量方程组演变为第六运动矢量方程组：
[0069][0070]
式中，(x
a
,y
a
)为a点坐标值；
[0071]
(x
a1
,y
a1
)为a1点坐标值；
[0072]
y
lower
—变量y的下限；
[0073]
y
upper
—变量y的上限；r
lower
为变量r的下限；
[0074]
r
upper
为变量r的上限。
[0075]
进一步的，在不限定变量范围或者仅限定y、η、
△
η、r中任意一个或多个变量的范围下对第六运动矢量方程组进行求解，得到y、η、
△
η、r、d点坐标(x
d
,y
d
)、e点坐标(x
e
,y
e
)。
[0076]
本发明所提供的襟副翼运动机构设计方法通过将一套复杂的襟副翼连杆机构拆分为几个部分，分步骤进行求解，设计难度大幅减小；求解过程综合考虑了结构安装空间、传动角等约束条件，迭代次数少，设计周期短，得到的结果与多个襟副翼目标位置都非常接近。
附图说明
[0077]
为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
[0078]
图1为本技术中的襟副翼运动机构初始状态示意图。
[0079]
图2为本技术中襟副翼第三连杆3和瓦特连杆6的运动示意图。
[0080]
图3为本技术中襟副翼第三连杆3、襟副翼第一连杆1和小拉杆5的运动示意图。
[0081]
图4为本技术中襟副翼第二连杆2、襟副翼第一连杆1右侧部分和小拉杆5的运动示意图。
[0082]
附图标记：
[0083]
1—襟副翼第一连杆
[0084]
2—襟副翼第二连杆
[0085]
3—襟副翼第三连杆
[0086]
4—襟副翼第四连杆
[0087]
5—小拉杆
[0088]
6—瓦特连杆
[0089]
7—摇臂
[0090]
8—襟副翼翼面
[0091]
9—第一作动器
[0092]
10—第二作动器
具体实施方式
[0093]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0094]
本技术的目的是提供一种襟副翼运动机构设计方法，在给定襟副翼初始位置、作为襟翼使用时的目标位置、作为副翼使用时的目标位置(即给定副翼功能转轴)、机翼后缘外形和机翼后梁位置的情况下，设计一套襟副翼运动机构，将襟副翼翼面驱动至给定的多个目标位置，整套机构具有比较高的传动效率，各部件均有合理的安装空间，凸出机翼外形部分尽可能小。下边将提供襟副翼运动机构设计方法，确定各运动构件的位置和参数等。
[0095]
如图1所示，本技术中的襟副翼运动机构包括：襟副翼第一连杆1、襟副翼第二连杆2、襟副翼第三连杆3、襟副翼第四连杆4、小拉杆5、瓦特连杆6、摇臂7、襟副翼翼面8、第一作动器9和第二作动器10。
[0096]
其中，上述各运动机构的对交联关系如下：
[0097]
a为襟副翼第一连杆1与小拉杆5形成的铰链运动点的初始位置，a1表示结束位置；
[0098]
b为小拉杆5与襟副翼翼面8形成的铰链运动点的初始位置，b1表示结束位置；
[0099]
c为襟副翼第一连杆1、襟副翼第三连杆3与瓦特连杆6形成的复合铰链运动点的初始位置，c1表示结束位置；
[0100]
d为襟副翼第一连杆1与襟副翼第二连杆2形成的铰链运动点的初始位置，d1表示结束位置；
[0101]
e为襟副翼第二连杆2与襟副翼第四连杆4形成的铰链运动点的初始位置，e1表示结束位置；
[0102]
f为襟副翼第三连杆3、襟副翼第四连杆4与固定结构形成的复合铰链固定点；
[0103]
g为襟副翼第四连杆4与第二作动器10形成的铰链运动点；
[0104]
h为摇臂7与第一作动器9形成的铰链运动点；
[0105]
o1为摇臂7与固定结构形成襟翼功能转轴的铰链固定点；
[0106]
o2为摇臂7、瓦特连杆6与襟副翼翼面8形成副翼功能转轴的复合铰链运动点的初始位置，o
21
表示结束位置。
[0107]
本技术的设计方法中将一整套襟副翼运动机构拆分为几个部分，分步骤进行求解，输入条件包括机翼后缘外形、机翼后梁、襟副翼初始位置外形及转轴、襟副翼目标位置、襟副翼在各位置的上下偏转角度、襟副翼各状态的气动载荷等。输出结果为襟副翼连杆机构各杆件的长度及初始位置，即确定各交点位置。将一整套襟副翼运动机构拆分为几个部分，分步骤进行求解，以大幅减小其设计难度；
[0108]
具体的设计方法步骤如下：
[0109]
第一步：确定襟翼功能转轴o1。
[0110]
已知副翼功能转轴初始位置o2、结束位置o
21
，根据运动特征，襟翼功能转轴与副翼功能转轴之间的距离始终不变，襟翼功能转轴o1位于o2o
21
的垂直平分线上，根据外形约束和载荷情况，从而能够确定襟翼功能转轴o1的位置。
[0111]
第二步：确定襟副翼第三连杆3和瓦特连杆6。
[0112]
已知副翼功能转轴初始位置o2、结束位置o
21
，即副翼转轴运动矢量的长度p、副翼转轴运动矢量的方向角γ已知，o2点坐标(x
o2
,y
o2
)、o
21
点坐标(x
o21
,y
o21
)已知，w、α、
△
α、z、
β、
△
β为待求解未知量。
[0113]
列出关于襟副翼第三连杆3和瓦特连杆6的运动矢量方程组1，见图2：
[0114][0115]
根据机翼后梁位置、外形、操纵系统尺寸及各种管路等约束确定f点位置，即给定f点坐标值(x
f
,y
f
)。同时约束襟副翼第三连杆3长度w、瓦特连杆6长度z的变量范围，方程组(1)就变为方程组(2)：
[0116][0117]
在不限定变量范围或者仅限定w、α、
△
α、z、β、
△
β中任意一个或多个变量的范围下进行求解，限定太少则需多次求解才能得到工程上的合适结果，限定太多则可能无解。
[0118]
本实施例中，按工程实际限定变量w、z范围，方程组(1)变化为方程组(2)并求解方程组(2)后，w、α、
△
α、z、β、
△
β、c点坐标(x
c
,y
c
)，c1点坐标(x
c1
,y
c1
)均为已知量。
[0119]
第三步：确定襟副翼第一连杆1和小拉杆5。
[0120]
列出关于襟副翼第三连杆3、襟副翼第一连杆1和小拉杆5的运动矢量方程组3，见图3：
[0121][0122]
初步确定小拉杆5与襟副翼翼面8形成的铰链点b，b点应该在襟副翼翼面8附近，与o2点的距离应尽可能大，用以减小襟副翼翼面8上的操纵载荷，还需要注意在运动过程中避免襟副翼翼面8与小拉杆5干涉，另外结合b点结构的安装空间，b点布置在襟副翼翼面8前缘，襟副翼外形以外某一位置，至此b点位置确定。b点与襟副翼翼面8的相对位置始终不变，根据定位变换可以确定b1点的位置，即给定b点坐标(x
b
,y
b
)、b1点坐标(x
b1
,y
b1
)，b点运动矢量的长度q，b点运动矢量的方向角ε确定。
[0123]
襟副翼第三连杆3相关参数在上一步已经求解出，w、α、
△
α、c点坐标(x
c
,y
c
)、c1点坐标(x
c1
,y
c1
)已知。同时约束襟副翼第一连杆1长度v、小拉杆5长度u的变量范围，方程组(3)就变为方程组(4)：
[0124][0125]
在不限定变量范围或者仅限定v、u、θ、
△
θ中任意一个或多个变量的范围下进行求解，限定太少则需多次求解才能得到工程上的合适结果，限定太多则可能无解。
[0126]
本实施例中，按工程实际限定变量v、u范围，方程组(3)变化为方程组(4)并求解方程组(4)后，v、u、θ、
△
θ、a点坐标(x
a
,y
a
)，a1点坐标(x
a1
,y
a1
)均为已知量。
[0127]
第四步：确定襟副翼第二连杆2和襟副翼第一连杆1右侧部分。
[0128]
列出关于襟副翼第二连杆2、襟副翼第一连杆1右侧部分和小拉杆5的运动矢量方程组5，见图4：
[0129][0130]
u、θ、
△
θ、q、ε、(x
a
,y
a
)、(x
a1
,y
a1
)均已知，约束襟副翼第二连杆2长度y、襟副翼第一连杆1右侧长度r的变量范围，方程组(5)就变为方程组(6)：
[0131][0132]
在不限定变量范围或者仅限定y、η、
△
η、r中任意一个或多个变量的范围下进行求解，限定太少则需多次求解才能得到工程上的合适结果，限定太多则可能无解。
[0133]
本实施例中，按工程实际限定变量y、r范围，方程组(5)变化为方程组(6)并求解方程组(6)后，y、η、
△
η、r、d点坐标(x
d
,y
d
)，d1点坐标(x
d1
,y
d1
)、e点坐标(x
e
,y
e
)均为已知量。
[0134]
第五步：确定第一作动器9和第二作动器10。
[0135]
襟副翼第四连杆4与第二作动器10铰接于g点，根据机翼外形确定g点的位置，第二作动器10与襟副翼第四连杆4的传动角，另外在第二作动器10工作行程中，第二作动器10轴线与机翼后梁夹角接近90
°
，此种方法可以使开口对后梁的削弱降至最低，根据襟副翼在各
位置的上下偏转角度确定第二作动器10的行程。
[0136]
摇臂7与第一作动器9铰接于h点，h点超出襟副翼外形的量不应太大，否则会带来额外的阻力，摇臂7与第一作动器9之间应有较大的传动角，另外还需考虑结构安装空间，根据结构安装空间及传动角确定第一作动器9的行程。
[0137]
第六步：设计迭代。
[0138]
对襟副翼运动机构进行仿真，监控各运动构件之间的传动角，监控各交点载荷，如果有传动角较小，结构安装空间不足的情况，可按第一步～第五步进行迭代，对参数进行小量调整，经过几轮迭代可以得到工程化的最优解。
[0139]
本技术所提供的襟副翼运动机构设计方法，将一套复杂的襟副翼连杆机构拆分为几个部分，分步骤进行求解，设计难度大幅减小；求解过程综合考虑了结构安装空间、传动角等约束条件，迭代次数少，设计周期短，得到的结果与多个襟副翼目标位置都非常接近。
[0140]
参数含义：
[0141]
w—襟副翼第三连杆3长度；
[0142]
w
lower
—变量w的下限，按工程实际给出；
[0143]
w
upper
—变量w的上限，按工程实际给出；
[0144]
α—襟副翼第三连杆3初始位置角度；
[0145]
△
α—襟副翼第三连杆3角度变化量；
[0146]
z—瓦特连杆6长度；
[0147]
z
lower
—变量z的下限，按工程实际给出；
[0148]
z
upper
—变量z的上限，按工程实际给出；
[0149]
β—瓦特连杆6初始位置角度；
[0150]
△
β—瓦特连杆6角度变化量；
[0151]
p—副翼转轴运动矢量的长度，设计输入，已知量；
[0152]
γ—副翼转轴运动矢量的方向角，设计输入，已知量；
[0153]
(x
f
,y
f
)—f点坐标值，按工程实际给出；
[0154]
(x
o2
,y
o2
)—o2点坐标值，设计输入，已知量；
[0155]
(x
o21
,y
o21
)—o
21
点坐标值，设计输入，已知量；
[0156]
v—襟副翼第一连杆1长度；
[0157]
v
lower
—变量v的下限，按工程实际给出；
[0158]
v
upper
—变量v的上限，按工程实际给出；
[0159]
—襟副翼第一连杆1初始位置角度；
[0160]
—襟副翼第一连杆1角度变化量；
[0161]
u—小拉杆5长度；
[0162]
u
lower
—变量u的下限，按工程实际给出；
[0163]
u
upper
—变量u的上限，按工程实际给出；
[0164]
θ—小拉杆5初始位置角度；
[0165]
△
θ—小拉杆5角度变化量；
[0166]
q—b点运动矢量的长度，按工程实际给出；
[0167]
ε—b点运动矢量的方向角，按工程实际给出；
[0168]
(x
b
,y
b
)—b点坐标值，按工程实际给出；
[0169]
(x
b1
,y
b1
)—b1点坐标值，按工程实际给出；
[0170]
(x
c
,y
c
)—c点坐标值；
[0171]
(x
c1
,y
c1
)—c1点坐标值；
[0172]
y—襟副翼第二连杆2长度；
[0173]
y
lower
—变量y的下限，按工程实际给出；
[0174]
y
upper
—变量y的上限，按工程实际给出；
[0175]
η—襟副翼第二连杆2初始位置角度；
[0176]
△
η—襟副翼第二连杆2角度变化量；
[0177]
r—襟副翼第一连杆1右侧长度；
[0178]
r
lower
—变量r的下限，按工程实际给出；
[0179]
r
upper
—变量r的上限，按工程实际给出；
[0180]
(x
a
,y
a
)—a点坐标值；
[0181]
(x
a1
,y
a1
)—a1点坐标值；
[0182]
(x
d
,y
d
)—d点坐标值；
[0183]
(x
d1
,y
d1
)—d1点坐标值；
[0184]
(x
e
,y
e
)—e点坐标值。
[0185]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。