今日微信推荐

今日微博推荐

波音777X的折叠翼

发布时间:2017-12-09  原作者:晨枫   点击数:

zb11尊宝娱乐 www.cofco-ldc.com 原创不易 认可价值 转载请务必注明作者 以及来自空军之翼

  但这样的有惊无险不能成为民航机可以轻视折叠翼故障的危害的理由。战斗机的翼载比民航机低得多,对翼面积不足不如民航机敏感。战斗机的操控比民航机要好得多,万一不可控了,飞行员还能弹射。民航机就没有这样的好事了。民航机的安全要求比战斗机是成数量级的提高。

  美国是航空的发源地。1926年,美国国会通过《商用航空法》,责成美国商务部负责航空安全事宜,包括飞行员资格、飞行器适航性等现在FAA的业务范围。其实在商务部之前,邮政部已经负责相关事宜了,这是因为最早的飞机除了用作杂耍和玩乐外,主要商业用途是航空邮运。1938年的《民航法》责成新成立的民航局负责航空安全和空中交通管制。1940年,罗斯福把民航局拆分为负责空中交通管制和飞行员资格认证的民航局与负责航空安全与飞机型号认证的民航委员会。1958年,新的《联邦航空法》把民航局与民航委员会合并,组建FAA。除了名称和建制的差别,FAA可算是从事飞机型号认证行业最老资格的了,但现有适航认证规定里没有如何认证折叠翼的条文,历史上也没有过民航机认证折叠翼的先例,FAA也是老革命遇上新问题。

  作为业界老大,FAA在漫长的航空技术发展史上不是第一次碰上这样的问题,是有一套办法专门用来处理这样的新问题的。在现有规范和标准里没有适用条款的话,FAA要针对新技术提出“特别条件”。在确认特别条件的适用性和新技术的安全性之后,相关条件会整合到已有规定之中,成为供未来认证使用的规范条文。

  波音也是业界老大,引入新技术也不是第一次了,对于如何与认证当局合作,既确保安全,又引入新技术,也是很有经验。民航机认证是很费时费钱的过程,这也是现有设计在潜力没有挖尽之前,通常只是改型挖潜,而避免全新设计的道理。老树新花最有名的例子肯定是波音737,但空客A320和A330也是例子。波音777X是按照波音777基本型的附加认证进行的,折叠翼与原设计偏离太大,这部分必须重新认证。在设计过程中,波音已经与FAA和欧洲的EASA合作研究认证问题至少四年了。新技术和特殊条件对大家都不是突然袭击,都是有备而来的。

  FAA对折叠翼提出三个“特殊条件”:

  1、 对起飞时或者飞行中出现折叠翼没有放下或者锁定不可靠,要有额外警示

  2、 需要确认折叠翼的受力承载极限

  3、 需要证明地面侧风对折叠后的翼尖的影响在可接受的范围内

  FAA进一步规定,如果在起飞前或者飞行中,翼尖没有落位或者可靠锁定,飞行员应该得到声音、视觉等多重警告,确保不会被忽视。在警报条件下,飞行控制系统应该自动确保不能起飞。在起飞后和飞行中,波音必须在技术上确保不可能由于单点故障引起解锁。闭锁必须是机械的、无源的、自锁的,没有外来能源不可能解锁,而外来能源在锁定后必须隔离(拉闸),确保不可能意外解锁。闭锁机构也必须能承受外力打击,不会由于外物撞击或者外力而意外解锁。

  FAA以控制面的阵风锁定为例子。飞机在地面停机时,液压压力切除,尾翼舵面和襟翼、副翼处在“自然放松”状态。如果遇到大风,控制面可能会被刮得过度摆动而受到损坏,所以在地面是锁住的。但在起飞或者飞行中意外进入锁住状态,那飞机就要失控。现在已有一整套技术和检查措施确保控制面在起飞前解锁,常见的起飞前各个控制面摆动一下就是这个目的。在确认锁定状态方面,控制面和翼尖有相似之处,但还是不一样:前者要确认解锁,后者要确认闭锁;前者在停机位,后者在跑道上的出发位置。

  在确保折叠机构强度方面,除了常规的载荷试验,FAA还要求波音能证明在长期使用中,磨损、腐蚀等不致引起闭锁机构的过度松动。任何机械闭锁都有一定的松动,但折叠机构如果出现过度松动,即使不至于影响机翼强度,也会影响气动性能,尤其要避免的是气动弹性导致的控制反转这样的危险特性。

机翼气动弹性的计算机仿真
机翼气动弹性的计算机仿真

气动弹性造成升力分布的改变
气动弹性造成升力分布的改变


波音787的机翼弹性变形:无负载(中性,实际上不可能,在地面会因为自身重力而垂下),正常飞行(上扬),150%超载(大幅度上扬)
波音787的机翼弹性变形:无负载(中性,实际上不可能,在地面会因为自身重力而垂下),正常飞行(上扬),150%超载(大幅度上扬)

  机翼是有一定的弹性的。初次坐飞机的人可能会惊讶地发现,机翼在飞起来之后两端上翘了。对波音787这样采用复材机翼的情况,上翘格外明显,坐在中间位置的旅客可能都看不到翼尖了。波音777X也采用复材机翼。遇到强烈气流扰动的话,机翼还会剧烈抖振。这都是机翼的结构弹性导致的。这样的弹性在平时并无大碍,绝对刚性也是不可能的。但弹性过度的话,可能造成结构扭转和控制反转。比如说,放下襟翼的作用是增升。但机翼结构太软的话,襟翼造成的额外升力迫使结果发生扭曲,后缘相对上抬,反而造成机翼整体迎角下降,导致升力损失,这就是控制反转。副翼也可能造成类似的恶果,本来要向左滚转的,结果由于机翼弹性变形,反而向右滚转了。这是非常危险的。

  在通常的机翼设计中,气动弹性问题早已得到充分重视,控制反转不再是问题。但折叠机构松动可能带来机翼结构弹性之外的结构变形,必须做相应考虑,这是FAA要求波音必须展示的。

  折叠机构还“打断”通常的机翼结构受力途径,折叠机构本身也改变局部振动特性。一般对上下方向的弯折很重视,但同样重要的是顺着铰链线的剪切受力情况。FAA也要求波音对这些问题做出明确说明。

  按照波音的设计,着陆滑跑中速度降低到一定程度后,可以自动或者手动启动折叠,使得翼尖上反,好像超级大号的翼尖小翼一样。折叠和展开各需要20秒钟时间。FAA要求波音证明这额外增加的垂直翼面积不会在地面滑行时受到侧风的过度影响而造成滑行操控问题。另外,折叠起来的翼尖必须能承受来自任何方向的高达65节的风力影响。所有展示要包括从完全展开到折叠完毕的所有状态。波音还要展示一侧折叠正常而另一侧故障的非对称折叠情况以及影响。

  FAA还要求波音把翼尖的导航灯安装在尽量接近于起飞位置相仿的高度,这可能迫使波音修改设计。翼尖左红右绿的导航灯是在夜间判别飞机前进方向和飞行高度的重要标志。在雷达和其他探测技术高度发达的现在,导航灯没有过去那么重要了,但依然是飞机上必备的基本安全设备,对夜间进近接地和滑行道运作尤其重要。按照规定,导航灯要安装在两侧翼尖,标示飞机的全宽和高度。波音原来计划把777X的导航灯安装在机翼固定段的外侧顶端,这可以满足机翼折叠后的要求,但不能满足起飞前和飞行中的要求,所以还是移到翼尖的传统位置了。问题是这样一来,翼尖折叠后,导航灯就高高在上,远远高于正常翼尖的高度了,容易引起误判。现在还不清楚波音会怎么解决这个问题,最简单的办法是在固定段的外端再装第二套折叠后专用的导航灯,只在翼尖折叠后使用,同时翼尖导航灯关闭。翼尖展开后,第二套导航灯关闭,启用正常的翼尖导航灯 。

最新评论

欢迎广大航空迷投递稿件,内容可以是飞行器介绍、航空史、战史、航空趣闻、飞行器细品图片、与航空有关的文章都可以投稿。

投稿信箱:
arm007@vip.sina.com
afwing@gmail.com

扫一扫关注空军之翼微信