杨玲美+陈进庚+雷雪+简冬梅

摘 要 在飞机上存在很多运动机构，这些运动机构的具体构造相对复杂。文章将飞机典型机构运动功能可靠性的建模方法及应用分为齿轮齿条式缝翼机构、飞机机械锁类机构和连杆式收放机构定位精准度这三个方面进行简要分析，希望可以为业内起到一定参考作用。

关键词 飞机典型机构；运动功能；可靠性；建模方法

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）205-0119-02

飞机典型机构失效原因主要有2个方面，一是机构部件损伤累积造成的机构失效现象，二是影响因素随机性造成的机构失效现象，飞机机构一旦失效，就有可能对飞机完成飞行任务造成影响，可能会造成较为严重的安全问题，如空难等。

1 齿轮齿条式缝翼机构可靠性的建模方法及应用

1.1 建模方法

对齿轮齿条式缝翼机构功能原理进行分析，现阶段，缝翼主要失效模式可以分为主要5种类型，即滑轨表面接触疲劳、齿轮与扭力杆等结构出现损坏、收放速度超出范围、收放角度精度不足以及两侧运动不够同步。对机翼变形影响下的线管数学模型进行推导，可以发现缝翼弯曲和扭转变形存在一定耦合效应[ 1 ]。

在缝翼机构建模时，可以利用LMS Virtual. Lab，在该建模中，主要包含了气动载荷转化方法、扭力杆建模、机翼变形建模和运动分析补设置，在扭力杆建模中，可以利用扭力近似替代建模方法，设内外侧齿轮角度偏差是0，扭力杆传递力矩是0，如果？为内外侧齿轮角度偏差，那么扭力杆传递扭矩T为：

在模型中，利用力矩可以代替其扭力杆模型效果。这种近似替代模型可以让参数化更容易实现，考虑到扭力杆加工误差，可以对扭力杆抗扭刚度进行直接改变，如果需要对扭力杆断裂进行模拟，可以将抗扭刚度设置为0。

而在机翼变形模型构建中，需要对机翼进行静力学分析，让支点安装位置位移量得以求出，并在缝翼机构支架中融入位移量，其建模过程可以概括为：机翼有限元模型→机翼变形计算→平移副+位置驱动→机体、支架。

1.2 具体应用

以某缝翼运动机构作为应用对象，利用上述相关建模方法，对多个影响因素随机性进行考虑，可以评估各种失效模式发生概率，影响因素包含了等效挠度、摩擦系数、抗扭刚度、滚轮半径等，经过观察，发现该运动机构运动卡滞与扭力杆断裂的失效概率相对较大，是主要失效模式，在全部齿轮卡死后，驱动力矩的安全裕度会降低到0.8，缝翼放下时所需力矩大于系统可提供驱动力矩，会有运动卡滞出现，而在扭力杆断裂时，内外侧叫偏度安全裕度会降低到1.2，和失效阈值较为接近。

2 飞机机械锁类机构可靠性的建模方法及应用

2.1 建模方法

飞机机械锁类机构的失效模式主要包含3种类型，即运动卡滞、运动精度失效与弹簧失效，针对其失效模式产生的主要原因，可以得到可靠性建模方法。

运动卡滞原因主要为驱动力不足和锁机构自锁卡滞，针对锁机构驱动力进行建模，需要分别建立多体模型与电液控制系统模型，建立相关接口，可以让电液控制系统模型向多体模型提供运动所需力，多体模型可以反馈给电液控制系统模型速度、位置等信息，在锁钩载荷建模中，可以采用两种方法进行建模：

一是不建立舱门模型，只建立锁环模型，如果舱门到位，可将额外载荷施加在说还上；二是在锁机构中将舱门等大型部件作为一部分完成建模。

而在弹簧失效建模中，需要在仿真模型中对弹簧力单元进行使用，针对弹簧进行建模，对于锁机构性能来说，如果弹簧具有关键作用，那么可以视弹簧为柔性体完成建模工作[2]。

2.2 具体应用

对某个出现故障锁机构失效模式展开分析，发现主要失效模式为运动卡滞现象。

对此，可以构建相关可靠性模型，对影响因素随机性进行分析，发现在开锁过程中，滚轴材料的硬度存在不足现象，而构件载荷相对较大，锁机构容易因为塑性变形而失效。

对此，可以改变锁键坡度，并替换滚轴材料进行解决，在该试验中，其坡度从65°改变为60°，而滚轴材料从0Cr18Ni9改变为30CrMnSiA.

3 连杆式收放机构定位精准度可靠性的建模方法及应用

3.1 建模方法

对连杆式收放机构定位精准度可靠性进行建模，需要对机构构建变形、铰链磨损、加工误差和间隙定位精度进行分别建模，在铰链磨损建模中，需要针对铰链均匀磨损、铰链不均匀磨损和曲柄滑块机构铰链不均匀磨损进行分别建模，需要利用Archard模型，设磨损系数为K，接触应力为P，旋转副中材料布氏硬度是H，材料泊松比是V，那么铰链体积磨损量为：

通过相关变形建模方法，可以得出随机载荷作用下，因为变形所引起的定位误差随机性计算公式。

3.2 具体应用

针对某舱门收放机构关闭状态定位精度可靠性进行应用分析，针对实际情况，对装配间隙、加工误差、构件变形因素以及运动副磨损等因素予以考虑，可以得出定位精度可靠性因为收放次数的变化而产生的变化规律，在该案例中，利用蒙特卡罗法可以对不同次数下的机构定位精度变化趋势与锁环垂直高度分布变化趋势进行分析，进而得出，舱门收放机构定位精度可靠度降低的主要原因为铰链磨损量增大。

4 结论

综上所述，分析失效原因，利用LMS Virtual.Lab、Archard模型等可以得出飛机三类典型结构齿轮齿条式缝翼机构、飞机机械锁类机构和连杆式收放机构的可靠性建模方法，在具体应用中，利用多样化的建模方法可以得出飞机机构主要失效原因，进而采取针对性的预防措施和解决策略。

参考文献

[1]亢丽平.前庭功能对飞机跳伞运动的重要性研究[J].武术研究，2016，1（10）：141-143.

[2]涂相征.民用飞机工程模拟器设计[J].软件导刊，2015，14（1）：103-104.endprint