[发明专利]一种能够提高飞机抗鸟撞性能的尾翼

说明书

技术领域

本发明涉及飞机结构设计领域，具体是一种能提高飞机抗鸟撞性能的尾翼。 

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。 

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Alessandro Airoldi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Michele Guida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。 

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201010554079.4的发明专利申请中提出了一种能够增强飞机抗鸟撞 性能的平尾前缘。该平尾前缘包括前缘蒙皮1、蜂窝芯层2、位于平尾前缘的加强件3和机翼衬层4。其中，蜂窝芯层2、前缘加强件3和机翼衬层4均沿展向布置在机翼前缘内各跨之间；其中，前缘加强件3呈三棱柱体，并且该前缘加强件的一个角位于机翼前缘的前端处；呈平行四边形的上蜂窝芯层和下蜂窝芯层分别固定在前缘蒙皮的上下内表面，并且上蜂窝芯层和下蜂窝芯层的一个斜边均与前缘加强件的一个侧表面配合；机翼衬层固定在两块蜂窝芯层、前缘加强件的表面。上述平尾前缘结构在遭受鸟体撞击后，虽然鸟体经分割后对机翼衬层起到了保护作用，但是该结构存在的问题是：下蜂窝芯层为软材料，在鸟体强大的冲击力作用下产生很大压溃变形，使得前缘蒙皮的支撑刚度变小，导致前缘蒙皮发生失效，可见，蒙皮失效的主要原因是其支撑刚度减小，前缘蒙皮失效会严重影响飞行过程中平尾的气动性能，所以，综合考虑抗鸟撞性能和气动性能设计，该能够增强飞机抗鸟撞性能的平尾前缘的适用性并不强。 

发明内容

为克服飞机尾翼结构设计中难以兼顾抗鸟撞性能和气动外形的缺陷，本发明提出了一种用于提高飞机抗鸟撞性能的尾翼。 

本发明包括尾翼前缘蒙皮、小前梁、翼肋、大前梁、前缘舱蒙皮和前缘加强件。前缘加强件位于尾翼前缘内，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。 

所述的前缘加强件的外形呈等腰三角形。前缘加强件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；前缘加强件通过前缘加强件固定面与小前梁固定连接。 

所述前缘加强件的两个侧边均有折边，该折边位于所述前缘加强件的同一表面，并均向前缘加强件的内侧弯折，构成了前缘加强件固定面。 

本发明在飞机尾翼中加装了前缘加强件，从而达到增强飞机抗鸟撞性能的目的，前缘加强件外形呈“V”形。结构通过自身的三角支撑对鸟体进行切割，尾翼受到鸟体撞击后，前缘蒙皮与三角支撑结构贴在一起，分割鸟体的能量，不但保护尾翼前梁不被击穿，从而进一步保护尾翼前缘内部结构不受破坏，而且很好的保持了尾翼的气动外形。