[发明专利]一种有单斜板的抗鸟撞飞机尾翼前缘

说明书

一种有单斜板的抗鸟撞飞机尾翼前缘，包括单斜板、尾翼前缘蒙皮、肋、前梁腹板和前梁缘条。多个肋沿展向固定在前梁腹板前缘一侧的表面。各肋之间的间距为200～300mm。单斜板固定在各肋上斜边的折边上，并使单斜板的表面与所述前梁腹板表面之间形成50～60°的夹角α。尾翼前缘蒙皮包覆并固定在所述单斜板和前梁缘条的表面。本发明充分考虑了鸟撞问题的特点，即鸟体在撞击过程中表现出流体力学行为，通过单斜板支撑结构件吸收部分能量并改变鸟体运动轨迹，被分离的部分鸟体携带较大能量飞离尾翼前缘，减少了尾翼吸收的能量，从而合理的释放了鸟体撞击的能量，保证了尾翼前缘内部结构的安全，并具有制作简单、成本低、减重明显的特点。

技术领域

本发明涉及飞机结构设计领域，具体是一种能够提高尾翼抗鸟撞性能的支撑结构。

背景技术

鸟撞事故是指空中飞行的飞机等飞行器与飞行的鸟类相撞所发生的事故。随着民用航空行业的飞速发展，民机鸟撞事故成为民用航空最严重的安全威胁之一。据美联航有关报告显示，1990年到2008年间，美国民航共报告89727起动物与民航飞机相撞事故，其中97.4％是由飞鸟造成的。有关数据显示，飞机的迎风面，包括飞机风挡、雷达罩、发动机、机翼前缘及尾翼前缘是最易受到鸟撞的部位。前缘结构内部常设有油路系统或控制线路，这些内部设施一旦受到鸟撞破坏，灾难性事故就难以避免。因此上，解决好飞机尾翼前缘抗鸟撞性能的问题关系重大。中国民航总局制定的《运输类飞机适航标准》中第25条631款中明确规定，飞机尾翼结构的设计必须保证在飞机在与 3.6公斤(8磅)重的鸟相撞之后，仍能继续安全飞行和着陆，相撞时飞机的速度等于飞机在选定海平面的巡航速度。研究表明，在高速撞击下，鸟体表现出明显的流体力学行为。

传统的密肋式机翼前缘遭到飞鸟撞击后，前缘蒙皮难以吸收鸟体撞击的巨大能量，鸟体一般会穿透前缘蒙皮直接撞击前梁结构，对前梁造成较大损伤，威胁飞行安全。目前针对尾翼前缘的抗鸟撞设计多采用高强度的复合材料和单纯的夹芯结构。其设计思路多为牺牲结构的功能外形，以其尽可能大的变形吸收鸟体撞击能量。另外如 AlessandroAiroldi等人在相关文献中提到的一种垂尾前缘结构，其外表面采用铝合金材料，内部则采用带蜂窝夹芯的碳纤维复合材料。试验中用4磅的鸟体以270节的速度撞击结构，结构损坏明显。M.A.McCARTHY等人则提出一种前缘蒙皮为FML复合材料的机翼前缘结构。试验中结构承受了4磅鸟体以200m/s的速度进行的撞击，前缘未被击穿但产生巨大变形。最近MicheleGuida等人又提出了一种夹芯前缘结构，夹芯结构两层面板分别采用FML复合材料与金属材料，芯层为蜂窝。试验过程中用8磅的鸟体以 250节的速度对结构进行撞击，结果前缘并未被击穿，但整个结构产生了极大变形。可以看出，现有结构设计其制作费用极为昂贵，整个结构或被击穿，或产生极大变形，其抗鸟撞效果并不理想。发明人也曾对FML复合材料及蜂窝夹心结构的抗鸟撞性能进行过系统的实验研究和数值分析，分析结果显示，上述结构主要通过夹心的压溃、撕裂和面板的弯曲和拉伸变形来吸收鸟体撞击产生的冲击能量，造成结构增重明显，且产生较大塑性变形。

为克服飞机结构抗鸟撞现有技术中存在的大变形损伤及高费用的缺陷，西北工业大学在申请号为201110291295.9的发明专利申请中提出了一种能够增强飞机抗鸟撞性能的尾翼前缘。该尾翼前缘包括尾翼前缘蒙皮1、前缘加强件2、前缘加强件固定面3 和小前梁4。其中前缘加强件2位于尾翼前缘内，其展向分布于翼展0～100％之间，其弦向分布于尾翼0～30％之间；前缘加强件2沿飞机尾翼展向分段固定在尾翼前缘内由翼肋构成的各跨之间；所述的前缘加强件2的外形呈等腰三角形；前缘加强件2顶角的角度与尾翼前缘蒙皮顶角的角度相同，并且该顶角为圆弧过渡，圆弧的半径为5mm；所述前缘加强件2的两个侧边均有折边，该折边位于同一表面，并均向前缘加强件2的内侧弯折，构成了前缘加强件固定面3；前缘加强件2通过前缘加强件固定面3与小前梁4 固定连接。上述尾翼前缘在遭受鸟体撞击后，通过前缘内置前缘加强件2分割了鸟体，变正面撞击为斜撞击，合理的分散了鸟体撞击的能量，有效提高了结构抗鸟撞性能。但是该结构依然存在重量较重和加工维修复杂的问题。

发明内容