分析直滑襟翼机构

襟翼的收放主要用以增加升力、缩短起飞着陆滑跑距离。而襟翼的收放需通过襟翼运动机构实现,襟翼运动机构有直滑轨式、曲滑轨式、铰链式以及复杂四连杆式等型式。直滑轨式襟翼运动机构的优点是机构形式简单、传力路径明确有效、以及可以在小的下偏角度下提供大的富勒后退量和显着的缝道。直滑轨式襟翼运动机构已成功应用于A320、A330/340等飞机[1~3],襟翼作为飞机上的增升装置,其机构运动精度的高低,也即襟翼完成指定偏转角度的准确程度,极大地影响了飞机增升性能的正常实现[4,5]。

目前,针对机构运动精度可靠性的研究,主要涉及机构运动链中的速度和加速度的概率特性分析[6],机构运动精度理论的发展主要表现为众多学者在制造、装配、运动副间隙等方面进行了较为深入的研究[7~11],而针对直滑轨式襟翼运动机构的可靠性建模与分析尚未见到有文献报道。鉴于直滑轨式襟翼运动机构已在飞机上获得了成功应用,有必要对该类机构开展运动精度可靠性研究。本文所提出的直滑轨式襟翼运动机构可靠性分析方法,即把杆长、输入角考虑成随机变量,提出直滑轨式襟翼运动机构运动精度可靠性分析模型和具体的分析计算方法。1直滑轨式襟翼运动机构组成及工作原理直滑轨式襟翼运动机构简化图如图1所示。图1中,AB为驱动连杆、BC为摇臂、CD为襟翼本体、DE为连接耳片、BE为虚拟杆。襟翼偏转时,驱动连杆AB提供作动力,带动摇臂BC运动,然后摇臂BC带动襟翼本体沿着直滑轨边后退边下偏运动。

2.型为偏心曲柄滑块模型,如图3所示。图中实线ABE表示襟翼初始运动位置,虚线位置为襟翼偏转到某一角度时,直滑轨式襟翼运动机构所到达的末位置(此时A'B'与水平线夹角为θ1)。假设曲柄AB=L1,连杆BE=L2,偏心距为L3。由运动学分析可知由图1可知,摇臂BC与襟翼CD固接,襟翼CD又与连接耳片DE固接,因此BCDE为一刚体,虚拟杆BE的运动可表示襟翼的运动,襟翼CD偏转的度数即是虚拟杆BE偏转的度数。因而图1可简化为一个曲柄滑块机构,如图2所示。式中:θ3为襟翼运动机构初始位置时驱动连杆AB与水平线的夹角,为一定值;θ4为襟翼偏转一定角度时驱动连杆AB偏转的角度。θ1的均值可取襟翼运动机构运动到末位置时A'B'与水平线夹角的理论设计值,其标准差可由工程经验给出,在直滑轨式襟翼运动机构可靠性建模时可把θ1看做输入角进行>！

3.襟翼运动时下偏角的安全余量M为3直滑轨式襟翼运动机构可靠性分析由于设计、制造和装配过程中诸多因素的影响,机构中各杆长尺寸不可避免的存在着偏差,在进行机构运动精度可靠性分析时,可将各杆长尺寸考虑成随机变量,同时,由于各杆长是独立加工的,可认为各杆长尺寸随机变量间是相互独立的。由输出角θ2的表达式(2)可看出,θ2与输入角θ1及各杆长尺寸L1、L2与L3有关,而变量θ1、L1、L2与L3均看作是随机变量,因此θ2也是随机变量。

3.1直滑轨式襟翼运动机构可靠性的安全余量是一个双变量线性的表达式,求其失效概率时,可用一次二阶矩法求解,即可靠性系数β为4计算实例某型飞机直滑轨式襟翼运动机构运动简图如图1所示,该型飞机要求襟翼在下偏过程中可达到3个下偏角度,分别为20°、25°以及35°。如图3所示,在机构运动时襟翼下偏3个角度时,B'E'会运动到3个相应的位置,此时B'E'与水平滑轨所构成的输出角是否精确就是该襟翼运动机构可靠性分析所要考察的具体内容。在对该襟翼运动机构运动精度可靠性进行分析时,根据相关要求襟翼偏转允许误差值δ取0.5。涉及到的输入角以及杆长的标准差分别取0.5°/3、1°/3以及0.1/3、0.5/3。在初始位置时测出L2与水平线的夹角θ0=26°。算例结果表明,当输入角的标准差取较小值(0.5°/3)时,襟翼运动机构的运动精度失效概率都小于10-7,处于较低的水平;当输入角的标准差取较大值(1°/3)时,襟翼运动机构运动精度失效概率偏大(达到10-3级),这是因为输入角的分散性过大,其对直滑轨式襟翼的运动精度影响较大所导致。同时,算例结果也表明,当杆长标准差从0.1/3增至0.5/3(即杆长标准差增大5倍),输入角标准差不变时,直滑轨襟翼运动机构的失效概率保持在一个数量级,即该襟翼运动机构的可靠性对杆长标准差相对不敏感;而当输入角的标准差从0.5°/3增至1°/3(即输入角标准差增大2倍),杆长标准差不变时,该直滑轨襟翼运动机构的失效概率最大放大了106倍(即从10-9变成10-3)。

3.2生成初始种群各个参数设置如下:

3.3运行程序

以上参数设置后运行程序该实例的最优解为X*=[121.127,16.92,712.815,32.22,0.743]T本课题研究前,按照传统优化设计———牛顿法[7]对平面涡卷弹簧进行了优化设计,优化后的目

4结论

1)遗传算法是通过编码的方法进行操作,使优化设计问题求解更加灵活,更具有实用性,且能较快能找出最优解。2)采用遗传算法对风力发电储能平面涡卷弹簧进行优化设计,效果是显着的。