民用飞机平尾前缘布置设计

※基金项目：国家自然科学基金（）；陕西科技大学科研启动基金(BJ16-09)。

0 引言

民用飞机水平尾翼按区域分为前缘、盒段、后缘和升降舵；平尾前缘指沿弦向位于平尾盒段前梁之前的非活动翼面结构部分。平尾前缘主要受气动载荷和惯性载荷，不参与平尾总体受力；主要功能为保持气动外形，减小飞机阻力，保护主承力结构避免受到冲击损伤[1,2]。

平尾前缘布置的重点是考虑前缘抗鸟撞要求和除冰要求。为满足前缘抗鸟撞要求，平尾前缘结构中常布置有密肋结构（如图1）、附加蒙皮结构（如图2）或者斜梁结构（如图3）。为满足前缘除冰要求，前缘内部都布置有除冰系统。为了不影响盒段主结构的整体传力要求，液压管路及 EWIS电缆布置常穿过前缘[3-6]。

图1 密肋结构

图2 附加蒙皮结构

图3 斜梁结构

平尾前缘空间不大但作用十分关键，在飞机设计初期，需从总体的角度出发，全面考虑相关专业要求，合理布置，以满足飞机最佳性能，并以飞机适航取证为最终目标。

1 布置原则

民用飞机平尾前缘是满足平尾抗鸟撞要求和除冰要求的重要区域，对其内部各系统设备及元件进行布置设计的目标与原则如下：

1）满足抗鸟撞要求；

2）满足除冰系统安装要求；

3）前缘内的液压管路、电气设备及电缆布置必须确保安全性、可靠性和可维护性，满足相关适航条款要求。

2 布置设计要求

民用飞机平尾前缘在总体布置设计时，应在符合CCAR-25-R4适航条款要求的基础上，满足总体设计要求及其他相关系统设计要求。

2.1 适航要求

平尾前缘布置设计时，所有的结构及系统安装均要满足以下适航条款要求：

1）CCAR 25.301 载荷；

2）CCAR 25.303安全系数；

3）CCAR 25.581闪电防护；

4）CCAR 25.609结构保护；

5）CCAR 25.611可达性措施；

6）CCAR 25.631鸟撞损伤；

7）CCAR 25.869系统防火；

8）CCAR 25.1301功能和安装；

9）CCAR 25.1309设备、系统及安装；

10)CCAR 25.1316系统闪电防护；

11)CCAR 25.1353电气设备及安装；

12)CCAR 25.1431电子设备；

13)CCAR 25.1435液压系统。

2.2 总体布置要求

1）满足平尾前缘抗鸟撞要求；

2）满足除冰系统安装与维护要求；

3）飞机内部设备、系统配置原则上服从于结构主受力件布置。

2.3 平尾前缘抗鸟撞要求

尾翼结构的设计必须保证飞机在与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(沿飞机飞行航迹相对于鸟)等于按第25.335(a)条选定的海平面VC。通过采用静不定结构和把操纵系统元件置于受保护的部位，或采用保护装置(如隔板或吸能材料)来满足本条要求是可以接受的。在用分析、试验或两者的结合来表明符合本条要求的情况下，使用结构设计类似的飞机的资料是可以接受的。

2.4 除冰系统布置要求

飞机在结冰气象条件下飞行时，云层中的过冷水滴撞击并冻结在水平尾翼表面，造成重量及阻力的性能代偿损失，影响飞机安全，所以飞机必须设置防冰系统。平尾前缘位于水平安定面翼型的最前端，要满足防冰和除冰要求。飞机防冰系统用于保证飞机在整个飞行过程中，当遇到结冰情况时或者预感到飞机将要进入结冰区域时能够除冰，提前使防冰系统进入工作状态，对防护区域进行结冰防护。

2.5 液压管路和EWIS电缆布置要求

为满足主飞控及液压源功能要求，现民机平尾前缘布置液压管路和EWIS电缆较多为常见。首先，液压管路和EWIS电缆布置应沿平尾前梁展向铺设，沿前梁腹板“一上一下”布置，EWIS电缆布置前梁上缘条区域，液压管路布置前梁下缘条区域，避免因液压管路渗油发生对电缆的污染和腐蚀现象。其次，管路和电缆布置时设定间隙，且管路设计有电磁防护。再者，管路和电缆均需要固定支撑，应设计有固定支架。管路和电缆布置时最好避让开鸟撞常发生区域。

2.6 维修互换性要求

平尾前缘布置设计时，考虑鸟撞因素，平尾前缘应尽可能满足维修互换性、可达性、快捷高效、低成本等要求。平尾前缘多设计为可拆卸结构。即便于结构和系统设备的检查和维护，如果遭遇鸟撞损坏，前缘也可以局部修复或者整体更换。

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