飞机操纵系统载荷计算快捷方法

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摘要：通过对飞机操纵系统最基本的单元摇臂—拉杆的运动分析，采用该单元的有效半径，方便、快捷的计算出该零件所受到的载荷。

关键词：操纵系统 载荷计算 有效半径

1.概述

无论是新设计的飞机操纵系统，还是在原有操纵系统上进行传动比调整改进，其中一项重要的工作就是进行操纵系统的载荷计算，只有先求出各个环节的载荷，操纵系统零部件的设计和机体连接部位的细节设计才有准确的依据。

随着时代的进步，计算机技术的日益普及，利用计算机进行飞机操纵系统的辅助设计已经相当普遍，这样可使操纵系统的设计产生一个飞跃，即可省时，又可提高系统精度和设计质量。

2.操纵系统计算方法

由于各种飞机操纵系统总体安排和具体结构形式千差万别，如果试图编写一个万能的程序，能够完成所有飞机的操纵系统载荷计算，是非常困难的，几乎是不可能的。如果针对某具体的操纵系统，编写专用的载荷计算程序，由于程序的编写，调试需要一个较长的周期，这样与手工计算比较，在时间的花费上几乎相差无几。

经过分析比较和各种尝试，我们队各种结构复杂的系统进行剖析，将其分解长最基本的组成单元，即摇臂的一臂和其相连的拉杆（钢索）组成，利用解析几何的方法，求出该基本单元注：A点是摇臂转动平面上的一点，但不在BC连线上，也不在其延长线上。

飞机操纵系统的载荷计算，可以有很多方法：如有限元素法，单位载荷法，解析法等。我们再这里介绍的方法也属于解析法的范畴，其中最关键的一步就是求出各个环节的有效半径，有效半径求出后，各个环节的传动比可立即得到，一旦知道了各个环节的传动比，那么各个环节的载荷就迎刃而结了。

在操纵系统的载荷计算过程中，不计零件之间的摩擦力，也不计支持结构和系统本身的变形，根据受力平衡的条件，按规范规定的驾驶员发出的力由前向后推算各零件的载荷。

在操纵系统的载荷计算中，如果采用我们推荐的有效半径方法，有以下几个主要优点：

a 无论怎样复杂的系统，我们都可以分解成最基本的单元，由于抓住了问题本质和根本，所以我们编写的程序可以计算任何飞机、任何形式的操纵系统；

b 载荷计算报告简单、明了，计算结果表格化；

c 可以节省时间，提高工作效率，飞机操纵系统越复杂，节省的时间就越多，在时间就是生命的现代化飞机工程中，这点就显的尤为重要；

d 手工计算的载荷报告繁琐，工作量大，往往难免发生错误，在校对时错误的检出率低，如果采用我们介绍的方法，只要输入的原始数据正确，计算结果出错概率等于零；

e 根据以往操纵系统载荷计算的惯例，仅仅只考虑摇臂旋转平面的分力，而对垂直于摇臂旋转平面的分力（一般较小）忽略掉了。在编制本计算程序是，在局部坐标下的三个分力都考虑到了，这样使得载荷计算的结果更加准确；

f 我们介绍的有效半径方法，不仅使载荷计算变得简捷，同时也为手工方法计算操纵系统的刚度提供极大的方便。当我们求得某一环节在单位载荷下的变形量，同时知道此环节至舵面的传动比，通过简单的换算，立即可以获得因为本环节的变形而引起舵面的偏角。

编制“求解操纵系统有效半径”程序的流程图（图2）如下：

操纵转轴传递的扭矩为：

M=65060×160=10409600 N·mm （160mm为下摇臂长度）

P1=M/L=10409600/410=25389.27N

P2=P1×tan33.815°=17006.26N

P3=P1/cos33.815°=30558.60N

程序计算舵面拉杆得拉力为30558.68N，与工程法计算所得的舵面拉杆力30558.60N绝对误差为0.08N，相对误差为2.6×10-4%。

4.总结

目前采用操纵系统基本单元的有效半径法计算系统本身及其支持结构的载荷已经在飞机操纵系统设计上广泛应用，它可以在飞机操纵系统打样设计阶段初步估计各级传动比的分配，快速计算系统各级载荷，使系统结构设计更加优化、合理。

参考文献：

《四连杆机构综合概论》 机械工业出版社

《机械原理》 重庆大学出版社

《中国民用航空规章》（第二十五部 运输类飞机适航标准）