当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

关于飞机襟翼副翼的研究


毕业设计(论文)
题 目:正交实验在飞机襟缝翼机构环境试验中的 应用研究



院:

飞行器工程学院

专业名称: 飞行器制造工程(航空维修工程与技术) 班级学号: 学生姓名: 指导教师:

二 O 一四年六月

南昌航空大学学士学位论文

/>
毕业设计(论文)任务书
I、毕业设计(论文)题目: 正交实验在飞机襟缝翼机构环境试验中的应用研究

II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求: 在飞机使用过程中,由于磨损导致的可靠性降低问题广泛存在,其中襟、缝翼的磨损 与可靠性问题是影响飞机安全性的关键问题之一,相关问题已经在ARJ21支线客机研制 过程中有所体现。论文以襟、缝翼机构关键元件为研究对象,以提高襟、缝翼系统的 可靠性和经济性为目标,研究了襟、缝翼关键元件的磨损、试验。 首先分析飞机襟、缝翼机构结构、关键元件、使用工况环境,研究环境试验和可靠性 试验关系,民用飞机襟、缝翼的机构单一环境实验(含环境因素分类,单一环境下失 效分析,环境试验方法条件、设备等) ,正交试验方法研究,综合实验及其设备。

III、 毕业设计(论文)工作内容及完成时间: 1.查阅资料,撰写开题报告; 2.英文资料翻译(6000 字符) ; (3 周)2013.12.30~2014.01.17 (2 周)2014.02.17~2014.03.02

3.分析襟缝翼机构结构、关键元件、使用工况环境; (3 周)2014.03.03~2014.03.23 4.研究环境试验和可靠性试验关系; 5. 民用飞机襟、 缝翼的机构单一环境实验; 6.正交试验方法研究; 6.综合实验及其设备; 7.编写设计计算说明书(毕业论文)一份; 8.毕业设计审查、毕业答辩。 (1 周)2014.03.24~2014.03.30 2014.04.01~2014.04.20 (3 周) (2 周)2014.04.21~2014.05.04 (3 周)2014.05.05~2014.05.25 (1 周)2014.05.26~2014.06.01 (2 周)2014.06.02~2014.06.15

I

南昌航空大学学士学位论文

Ⅳ 、 主要参考资料:
[1]陈循,温熙森.环境试验技术的现状综述与集成环境应力试验分析系统[J].国防科技大学学 报,1998 [2]贺东斌,冯元生.航空关节轴承可靠性分析[J]. 机械强度. 1995, 17(1)29-31. .2004,南京:南 京航空航天大学, [3]范炯,戴振东,姜澄宇.多功能摩擦试验机的研制与应用[J].南京航空航天大学学报, 2003,32(4) [4]师忠秀,王锋.机构运动精度可靠性分析方法的研究[J].机械科学与技术,1997,16(1): 115-121 [5]李占科.结构-机构可靠性实验设计方法研究[D].西安:西北工业大学,2002 [6]宋洪波.环境试验管理体系研究[D].西安:西北工业大学,2002.5。 [7]陈谋义.环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题[J].环境技术,1999,2: [8]Yan, D S , Qu, N S , Li, H S, et al. Significance of Dimple Parameters on the Friction of Sliding Surfaces Investigated by Orthogonal Experiments[J], Tribology Transactions, 53: 5, 703-712 [9]杨玉峰,胡寿根,王宗龙.基于正交实验法的淹没磨料射流冲蚀性能实验研究[J].力学季 刊,2006, [10]林海彬,蔡景.正交分析法在滚轮滑轨环境试验中的应用研究[J].飞机设计,2012,32(3):32-34 [11]祝耀昌,王建刚. 各种环境试验的特点及其应用分析[J]. 航空标准化与质量,2005,1:38-42. [12]康志萍.环境试验特点及其发展方向[J]. 环境技术, 2012,8:15-18,35

飞行器工程

学院

飞行器制造工程(航空维修工程与技术) 专业类

100631 班

学生(签名) : 日期: 自 2013 年 12 月 30 日至 2014 年 6 月 15 日

指导教师(签名) : 助理指导教师(并指出所负责的部分): 航空维修工程 系(室)主任(签名) : 附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

II

南昌航空大学学士学位论文

学士学位论文原创性声明
本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中 特别加以标注引用的内容外, 本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究 成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本 人承担。 作者签名: 日期:

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授 权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名: 导师签名:

日期: 日期:

III

南昌航空大学学士学位论文

正交实验在飞机襟缝翼机构环境试验中的应用研究
学生姓名: 指导老师: 班级:

摘要:飞机襟、缝翼的基本作用是在飞行中起增升作用,在飞行过程中运动的也较
为频繁。由于飞机的特殊使用性,在不同的地域飞行所面临的环境不同,则环境对飞 机襟、缝翼是否能正常工作造成很大的影响。因为飞机在制造生产阶段,只有一小部 分会根据买方的要求进行特别的定制,大多数飞机都要适应各种飞行环境。湿度、温 度、盐雾以及砂尘等环境因素都会影响襟、缝翼关键元件的摩擦磨损状况,不同的状 态下磨损情况会有所不同。因为环境因素多的特点,如果一个个进行试验则是件很繁 琐的过程也浪费了大量的人力物力,通过正交试验则可以有效的解决这一问题。正交 试验就是从众多的环境因素中选出对试验指标影响程度大的因子,再设计试验。然后 利用正交表的特点对试验结果进行计算和分析,从而分析出环境因素中哪些因素重 要, 哪些因素次要, 以便选出最合理的方案, 为提高飞机襟、 缝翼的可靠性提供依据。 本文通过正交试验原理, 针对影响襟缝翼磨损程度较高的几种环境因素设计了两 个三因素综合环境试验。分别是振动—温度—盐雾试验与湿度—温度—盐雾试验。振 动—温度—盐雾试验中通过极值分析法得出对试验指标影响程度最大的环境因素是 振动, 湿度—温度—盐雾试验中通过方差分析法得出对试验指标影响程度最大的环境 因素是盐雾浓度。 关键词:飞机襟缝翼,环境试验,综合试验,正交实验方法

指导老师签名:

IV

南昌航空大学学士学位论文

Application of orthogonal experiment on the plane fly slats institution environment test
Student name:wang bao shan Supervisor:chen zhi xiong Class:100631

Abstract:Aircraft flap wing and seam wing is the basic role of rising and they move
frequent. Due to the special of aircraft, the different environment has an effect on aircraft for whether the flap, slats can work normally . When the plane in the manufacturing stage, only a small part of purchaser have special requirement . Humidity, temperature, salt mist and dust such as environmental factors will affect the the friction and wear conditions of the key components of the flap wing and seam wing.The wear degree will change as the different condition .Because of too many characteristics of environmental factors to test .But through the orthogonal experiment can solve the problem effectively .Orthogonal experiment is from a large extent factors choosing a obvious one, and then re-design tests. Following take advantage of the characteristics of orthogonal table for calculation .At last,we can learn which factors are important ,which is next.For improve the stability of aircraft flap wing and seam wing ,which provides a basis. Through the principle of orthogonal test for high impact wear lapel slats several environmental factors, the two three factors combined environmental testing was designed,Which named vibration - temperature - salt spray test and humidity - temperature - salt spray test. Vibration - temperature - salt spray test through extreme value analysis it is concluded that the vibration is the biggest environmental factors for test index. Humidity temperature - salt spray test through variance analysis it is concluded that the salt spray concentration is the biggest environmental factors for test index. KeyWords: flap wing and seam wing, environmental experiment , Comprehensive test ,orthogonal experiment method

Signature of Supervisor:

V

南昌航空大学学士学位论文





1 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 课题的来源及研究意义 ......................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ..................................................................................................... 1 1.2.1 飞机襟缝翼 .................................................................................................... 1 1.2.2 环境试验 ........................................................................................................ 2 1.2.3 试验方法 ........................................................................................................ 3

2 襟、缝翼机构 .......................................................................................................... 6
2.1 襟、缝翼机构简介 ................................................................................................. 6 2.1.1 襟翼 ................................................................................................................ 6 2.1.2 缝翼 ................................................................................................................ 7 2.2 襟、缝翼机构关键元件及失效分析 ..................................................................... 7 2.2.1 滚针轴承 ........................................................................................................ 8 2.2.2 滚轮滑轨 ........................................................................................................ 8 2.2.3 关节轴承 ........................................................................................................ 9 2.3 飞机襟、缝翼使用工况环境 ................................................................................. 9

3 民用飞机襟、缝翼的机构单一环境试验................................................. 10
3.1 环境因素分类 ....................................................................................................... 10 3.1.1 分类方法与分类 .......................................................................................... 10 3.1.2 全寿命环境因素 .......................................................................................... 11 3.2 单一环境因素引起襟、缝翼失效的分析 ........................................................... 12 3.2.1 温度 .............................................................................................................. 12 3.2.2 湿度 .............................................................................................................. 13 3.2.3 砂尘 .............................................................................................................. 13 3.2.4 盐雾 .............................................................................................................. 13 3.2.5 振动 .............................................................................................................. 14 3.2.6 其他因素 ...................................................................................................... 14

4 环境试验条件、方法及设备.......................................................................... 15
4.1 盐雾环境条件试验方法 ....................................................................................... 15 4.2 温度和湿度环境条件试验方法 ........................................................................... 16

VI

南昌航空大学学士学位论文

4.3 砂尘环境条件试验方法 ....................................................................................... 17

5 正交试验方法研究.............................................................................................. 19
5.1 正交试验概述 ....................................................................................................... 19 5.2 正交表 ................................................................................................................... 19 5.3 正交试验设计及分析 ........................................................................................... 20 5.3.1 试验设计 ...................................................................................................... 20 5.3.2 试验结果分析 .............................................................................................. 22

6 综合试验方法研究.............................................................................................. 24
6.1 试验一(振动—温度—盐雾试验) ................................................................... 24 6.2 试验二(湿度—温度—盐雾试验) ................................................................... 26

7 总结 ............................................................................................................................ 30 参考文献 ......................................................................................................................... 31 致谢 ................................................................................................................................... 32

VII

南昌航空大学学士学位论文

图表目录

图 2.1 各种襟翼 ............................................................................................................ 6 图 2.2 关节轴承失效分析 ............................................................................................ 9 图 4.1 盐雾浓度测量点示意图 .................................................................................. 15 图 4.2 温度与湿度测量点示意图 .............................................................................. 16 图 4.3 风速测量点示意图 .......................................................................................... 17 图 5.1 正交表 L4 ?23 ?的含义...................................................................................... 20 图 5.2 极差分析法流程图 .......................................................................................... 23

表 1.1 环境试验和可靠性试验的区别 ........................................................................ 3 表 1.2 回归设计的优缺点分析 .................................................................................... 4 表 1.3 均匀设计试验法的优缺点 ................................................................................ 5 表 3.1 主要环境因素及其分类 .................................................................................. 10 表 3.2 运输阶段环境因素 .......................................................................................... 11 表 3.3 储存阶段环境因素 .......................................................................................... 11 表 3.4 作战使用阶段环境因素 .................................................................................. 12 表 3.5 温度引起的失效分析 ...................................................................................... 12 表 3.6 湿度引起的失效分析 ...................................................................................... 13 表 3.7 砂尘引起的失效分析 ...................................................................................... 13 表 3.8 盐雾引起的失效分析 ...................................................................................... 13 表 3.9 振动引起的失效分析 ...................................................................................... 14 表 3.10 其他因素引起的失效分析 ............................................................................ 14 表 4.1 盐雾试验条件 .................................................................................................. 16 表 4.2 温度和湿度试验条件 ...................................................................................... 17 表 4.3 砂尘试验条件 .................................................................................................. 18 表 5.1 正交表 L4 2 3 ................................................................................................... 19 表 5.2 影响因素确定 .................................................................................................. 21 表 5.3 表头设计方法 .................................................................................................. 21 表 5.4 L9 34 ................................................................................................................ 21 表 5.5 试验计划表 ...................................................................................................... 22
VIII

? ?

? ?

南昌航空大学学士学位论文

表 6.1 试验一因素及其水平的确定 .......................................................................... 24 表 6.2 试验一表头设计 .............................................................................................. 24 表 6.3 试验一试验计划及试验结果 .......................................................................... 25 表 6.4 试验一试验结果分析表 .................................................................................. 25 表 6.5 试验二因素及其水平的确定 .......................................................................... 26 表 6.6 试验二表头设计 .............................................................................................. 26 表 6.7 试验二试验计划及试验结果 .......................................................................... 27 表 6.8 试验二各列平方和的计算表 .......................................................................... 28 表 6.9 试验二方差分析表 .......................................................................................... 29

IX

南昌航空大学学士学位论文

正交实验在飞机襟缝翼机构环境试验中的应用研究
1 绪论
1.1 课题的来源及研究意义
飞机襟、缝翼的基本作用是在飞行中增加升力,尤其近年来随着大型运输机和中 短城市民航客机的发展,要在跑道不加长的条件下满足起飞要求,飞机襟缝翼的增升 作用起到了关键。 襟、缝翼在飞机起飞、着陆、低速飞行等使用过程中具有重要作用,在飞行过程 中运动的也较为频繁,因此襟、缝翼机构问题导致的故障也比较多。尤其在民航中, 襟缝翼频繁的收放使得磨损过大影响零件间的配合,从而造成襟缝翼故障,飞机的可 靠性被降低。在 2004 年以来,收集到航空器与飞行操纵系统故障有关事件 138 起, 造成飞机中断起飞 13 次,返航/备降 44 次,换机 15 次,滑回 15 次[1]。襟翼、缝翼系 统故障导致的重要事件 88 起,占整个飞行操纵系统总数的 64.7%,该系统也是多年 以来发生重要事件最多的系统之一。所以针对襟、缝翼机构的研究必要性很大。 飞机在飞行时经历多种多样的环境,从低空到高空,从沿海到内陆。即使在同一 地点也会因为各种因素的变化受到不同环境的作用,可以说环境无时无刻不再变化。 而飞机要在这种多变的环境中生存,保证其安全性和环境的适应性就显得尤为重要, 特别是增加升力的襟缝翼机构。因此,有必要对襟、缝翼进行环境的适应性研究。

1.2 国内外研究现状
1.2.1 飞机襟缝翼 飞机襟缝翼在飞机起飞、降落等运动时起到了关键的作用。尤其近年来二线城市 航线的开通, 在短距离下起飞和降落飞机, 襟缝翼的增升作用起到了至关重要的作用。 研究人员也将目标转移到飞机襟缝翼的研究,对于大飞机,因为其自身重量的问题, 如果增大机翼面积来提供更大的升力则显得不合理, 若在设计时考虑襟缝翼则能有效 的解决这一问题。运 20 大型运输机的成功试飞肯定了襟缝翼的增升作用。飞机襟缝 翼在飞行时出现的主要故障是襟缝翼卡阻,襟缝翼卡阻使得襟缝翼不能正常的收放, 从而不能提供合适的升力与阻力,影响飞机飞行。 目前主要研究的对象是襟缝翼的材料选择以及模型设计, 襟缝翼从安装后直到飞 机退役,一直都受到环境因素的影响。这些环境因素会给关键元件造成持续影响,最 直接的是关键元件的腐蚀,同时襟缝翼不停的缩放也造成了持续的磨损消耗作用。研
1

南昌航空大学学士学位论文

究襟缝翼关键元件的材料选择, 减少环境因素的影响是目前提高飞机襟缝翼可靠性的 主要研究方向。 1.2.2 环境试验 (1)环境试验在航空产品制造工程中的地位 近年来随着对可靠性要求的提高, 环境试验的研究已被航空、 航天、 军工、 电子、 医疗器械等领域所运用。尤其在航空产品制造领域,产品从设计、研制、使用以及后 期的维护都离不开环境试验, 提高飞机可靠性的方法有很多但环境试验对于提高可靠 性却是不可或缺的。 环境试验的作用: ●用于产品研究和开发; ●用于产品的定型; ●用于生产检查; ●用于产品的验收; ●用于安全性检验; ●用于可靠性试验。 (2)环境试验和可靠性试验的关系 (2.1)环境试验和可靠性试验的联系 环境工程的基础与前提在于环境试验,这一点是毋庸置疑的。在产品现代化发展 的过程中,环境试验已逐步融入产品研制、产品生产、产品贮存以及产品使用等多个 方面,其可以说是保障产品环境适应性的重要方式之一。同时,环境试验在区别于可 靠性的基础上,又与可靠性有着密不可分的联系[2]。总结起来可以概括为两点。 ①可靠性试验需要以环境试验中对于环境条件的研究结果为基础 产品从设计、制造、维护再到报废这一过程是漫长的,但在这个过程中会有许多 因素影响其使用性,降低其可靠性。通过对以往众多产品的失效分析,不难看出环境 因素带来的影响是最多的且也是最为根本的。为了保证产品的可靠性,延长其寿命周 期, 就必须得分析所设计的产品以后的工作环境, 所受影响程度大的环境因素有哪些。 而要分析出具体的环境因素需要进行必要的试验, 通过环境试验可以研究出具体的影 响因素和影响程度最大时的水平,这些研究结果可以为可靠性试验提供依据。 ②环境试验是可靠性试验的先决条件 需要注意的一点是, 环境试验的最关键目的在于实现对产品对象环境适应能力的 考查与评估, 而产品对象相对于环境的适应能力同样是产品在各个阶段所需要重点关

2

南昌航空大学学士学位论文

注的质量特性之一, 同时也是产品对象进一步开展可靠性试验的基础所在。 简单来说, 产品对象环境适应能力主要是指在产品对象预计的使用寿命周期内, 可能涉及到的各 种环境条件因素在共同作用于产品状态下,产品性能的实现能力。从实践经验的角度 上来说,产品对象若无法适应其未来可能应用的环境,无论产品具备怎样的技术性能 优势,其均不具备可靠性特征。从而验证了环境试验是可靠性试验的先决条件这一论 点。 (2.2)环境试验和可靠性试验的区别 虽然环境试验和可靠性试验联系紧密, 但也存在明显区别, 具体表现在试验目的, 环境应力类型、环境应力选用标准、应力施加方式、试验时间、试验终止判据等方面
[3]

。 表 1.1 环境试验和可靠性试验的区别 项目 环境试验 可靠性试验

定性分析产品对环境的适应能力, 定量鉴定产品的可靠性水平, 确定产 试验目的 同时为产品设计的改善以及验收 品固有可靠性是否达到了合同规定 提供信息 环境应力 类型 环境应力 选用标准 应力施加 方式 涉及产品使用中会遇到的大部分 有重要影响的气候、 力学和电磁环 境应力 合理极值 单因素试验和多因素综合实验, 以 一定次序组合施加 的指标 一般仅考虑温度、湿度、振动三个环 境因素和电应力 尽可能模拟真实环境, 应力大小和施 加次序与实际环境尽量一致 多种环境应力按试验剖面综合施加

基本取决于选用的试验及具体的 试验时间主要由试验指标、 所选择的 试验时间 试验程序, 试验时间一般比可靠性 试验方案以及产品自身的特性决定, 试验短[4] 试验终止 判据 试验中产品一旦出现故障, 即判为 不合格 一般时间较长 试验中发生的关联故障只要不超过 所选统计方案规定的故障数, 产品判 为合格

1.2.3 试验方法 试验设计经历了较长时间的发展,设计方法也随着科学技术的进步不断改进。从
3

南昌航空大学学士学位论文

最早的区组设计、拉丁方设计到现在运用比较普遍的正交试验设计、回归设计以及均 匀设计等,可以说试验设计这门学科已经得到较高水平的完善。只有了解这些试验设 计方法的特点,才能为自己所要研究的试验选择最合适的试验设计方法。本小节将依 次分析这几种试验设计方法, 提出在飞机的襟缝翼磨损中拟采用正交试验进行试验研 究。 (1)单因子试验 单因子试验时只考虑一个因子及其各个水平的具体影响, 其他因子及水平控制在 特定的范围。 单因子试验的优点:在试验设计过程中单因子试验只会考虑一个因子的作用,对 于单个因子而言所得到的试验结果的准确性比多个因子一起研究时的准确性要高。 缺点是当研究的对象所受影响因素较多时,则需要做大量的试验,需耗费大量的 物力财力。同时当各因子间有交互作用时,采用单因子试验会使得实验结果不准确。 单因子试验设计是正交试验设计的基础。 (2)正交试验 正交试验在进行试验设计时最根本的特点是通过所要研究的因素个数来选择最 佳的正交表,然后由正交表原理安排试验,最后再由极差分析法或者方差分析法对试 验结果进行分析。 正交试验法的优点: ①根据正交表格安排试验,试验设计简单快捷; ②布点均衡、试验次数较少; ③通过方差分析法可以确定正交试验中的最优点, 即各个因素及其水平的组合对 试验指标影响最大的点。 正交试验法的缺点:所设计的试验都是具体的值,没有一定的连续性,不能很好 的预判试验结果的走向。同时各因素间不可避免的会有交互作用,会根据试验的目的 选择性的假设没有交互作用,这样就增大试验结果的误差。 (3)回归设计 回归试验在进行试验设计时也有其特有的方式, 它是在多元线性回归的基础上利 用建立回归方程来处理数据,从而定量表示试验指标与个因素间的关系。 表 1.2 回归设计的优缺点分析 优点 缺点 回归方程的建立只需要选择适当的试验点,有效的控制了试验次数 不适合非数量性因素

4

南昌航空大学学士学位论文

(4)参数设计 参数试验设计是选择系统中的参数,选出各个参数合适的水平组合,以避免产品 本身的影响,提高产品的稳定性。 (5)均匀设计 均匀试验设计在设计方法上与正交试验类似,但它是利用均匀设计表来安排试 验。在试验结果的处理上则是利用回归分析法。 表 1.3 均匀设计试验法的优缺点 优点 缺点 试验过程中各试验因子自动分类,数字化处理 模型会因为较少的试验次数而难以建立

通过上述对目前较常用的五种试验设计方法进行分析、比较。结合本课题的研究 思路以及襟缝翼在寿命周期内所经历的各种复杂环境,考虑在试验设计上的可行性, 决定采用正交试验方法研究襟缝翼机构的失效问题。正交试验的优点前面已经解释 过,在本课题的研究中,环境因素多,而且试验周期不能过长,同时除了要分析出各 因素的重要程度还需要精准到各因素在试验指标达到特定值时所处的水平。

5

南昌航空大学学士学位论文

2 襟、缝翼机构
2.1 襟、缝翼机构简介
本课题主要目的是研究正交试验在飞机襟缝翼环境试验中的应用, 飞机的安全性 与襟缝翼机构的可靠性紧密相关。了解飞机襟缝翼运动机构的基本结构、关键元件以 及使用的工况环境等,可以清晰的分析出环境因素对襟缝翼造成的磨损情况,下面对 飞机襟、缝翼的结构做简单的介绍。 2.1.1 襟翼 襟翼指机翼边缘部分的一种翼面形可动装置,襟翼可装在机翼后缘或前缘,可向 下偏转或(和)向后(前)滑动,其基本效用是在飞行中增加升力[5]。襟翼根据其作 用的不同分为后缘襟翼、前缘襟翼。

图 2.1 各种襟翼
6

南昌航空大学学士学位论文

后缘襟翼:在机翼的后缘靠近机身部位有块可活动的翼面称为后缘襟翼。飞机上 常见的襟翼有四种分别是:简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼和后退襟翼。常见襟翼如 图 2.1 所示。 富勒襟翼:与后缘襟翼一样也是装在机翼的后缘,可以通过滑轨向下方运动。与 后缘襟翼不同的是,它的襟翼设计是具有双开或三开的缝。同时富勒襟翼可以有效的 提高升力系数,最高可达 95%,但是在结构设计上较为复杂。现在大飞机的设计大 多会采用富勒襟翼。 前缘襟翼: 由字面意思不难理解前缘襟翼是安装在机翼前缘上靠近机身的活动翼 面。前缘襟翼在活动时可以通过滑轨向前下方移动。 克鲁格襟翼:安装位置处于机翼前缘,它的运动是靠作动筒来完成。克鲁格襟翼 除了能增大机翼面积,在翼型弯度上也有不俗的表现。相比前缘襟翼它的机构更加简 单。 前缘襟翼和后缘襟翼都具有增升作用, 但是在设计上还是会有一些不可避免的缺 陷。在飞机设计时同时结合前缘襟翼和后缘襟翼,那么可以通过互补,弥补缺陷,更 好的起到增升作用,效果更加显著。 2.1.2 缝翼 缝翼:一般指前缘缝翼,主要安装在机翼前缘靠近机翼外侧,由几段狭长的小翼 构成。 前缘缝翼的作用主要有两个:一是提高了飞机的临界迎角,使飞机不容易失速; 二是增大机翼的升力系数。 前缘缝翼的种类包括固定式前缘缝翼和自动式前缘缝翼。 固定式前缘缝翼:固定式前缘缝翼通过特定的结构与机翼相连接而被固定,不能 运动。尽管固定式前缘缝翼结构简单,但却不适用与高速飞机,目前已逐渐被淘汰。 自动式前缘缝翼:自动式前缘缝翼通过滑轨与机翼连接,迎角的改变带动前缘缝 翼运动。在小迎角情况下,前缘缝翼处于闭合状态。随着迎角的增大,当达到一定程 度时,前缘缝翼开始运动。目前自动式前缘缝翼应用广泛。

2.2 襟、缝翼机构关键元件及失效分析
襟缝翼卡阻是导致其失效的主要原因,卡阻多与机械运动结构有关。仔细分析襟 缝翼运动机构,得到襟缝翼机构的关键元件包括三大部分:滚针轴承、滚轮滑轨和关 节轴承。

7

南昌航空大学学士学位论文

2.2.1 滚针轴承 (1)滚轮元件失效包括滚动体、保持架、内外环失效。 第一类是磨损类失效,包括 4 类形式[6]: ①疲劳磨损失效(滚动体表面、内外环滚道表面) ; ②粘着磨损失效(滚动体表面、内外环滚道表面、保持架表面) ; ③磨料磨损失效(滚动体表面、内外环滚道表面、保持架表面) ; ④腐蚀磨损失效(滚动体表面、内外环滚道表面、保持架表面) 。 第二类是碎裂,包括滚动体、内外环、保持架的过载断裂和疲劳断裂。 (2)滚轮轴承失效原因: 滚轮轴承的主要失效形式包括以下五点: ①润滑不充分: 典型成因包括油脂粘度不当, 油脂泄漏。 可能导致元件擦伤或者严重的轴承变形。 ②疲劳剥落: 典型成因包括高应力疲劳,应力集中。 ③粘合磨损: 典型成因包括不合适的油膜厚度,保持架过度摩擦,或者大量滚子滑动。 ④生锈与腐蚀: 当工作环境的湿度达到一定值时,轴承会在水分的侵蚀下生锈。既而在随后的运 动过程中,生锈部分慢慢剥落。 ⑤异物侵入: 侵入的磨损性残渣会在轴承运动时挤压滚轮轴承使得工作面被擦伤。 2.2.2 滚轮滑轨 疲劳磨损是滚轮滑轨主要的磨损形式。 滚轮滑轨的失效方式主要包括疲劳断裂和磨损失效[7]。 ①过载断裂:在设计时就会考虑滚轮滑轨所能承受的极限载荷,且还会设置一定 的过载保护空间,因此很少会出现过载断裂。 ②疲劳断裂:襟缝翼收放时会产生交变的载荷,滚轮滑轨在这些交变载荷长时间 的作用下会使得滑轨表面的强度降低。当达到一定值时,材料不足以承受载荷作用便 发生断裂。 ③磨损:襟缝翼的往复运动时会与滑轨产生摩擦,当润滑油润滑不充分,或者异 物入侵到工作界面。在交变载荷的作用下,滑轨的表面逐渐被磨损,影响滑动面应力 的传递[8]。
8

南昌航空大学学士学位论文

2.2.3 关节轴承 关节轴承是滑动轴承,特点是承载能力大,具有调心功能。特别适用在载荷大、 摆动慢的场合。 关节轴承主要失效形式为轴承摩擦力增大导致卡死或者因磨损过量而 丧失精度。润滑充分可以大大提高轴承的寿命,润滑差的轴承磨损痕迹呈犁沟状,润 滑好的磨损痕迹均匀一些。 如果出现偏磨寿命就比较短; 轴承游隙对寿命影响比较大, 装机转动不灵活的轴承其寿命一般比较低;轴承失效前会发出响声。 关节轴承是自动调心的滑动轴承,它靠内外环的接触面滑动,所以摩擦和磨损都是比 较大的。 关节轴承的主要失效形式是磨损失效[9]。

图 2.2 关节轴承失效分析

2.3 飞机襟、缝翼使用工况环境
飞机按照规定的制造标准以及买方特定的要求生产出来, 飞机在使用过程中因为 飞行的不确定性,所经受的环境也千变万化。且不说飞机可能会在高原、沙漠、冰川 或者沿海地区飞行,及时在同一地区同一月份也会因为时间的推移而有所不同。 通过分析以往故障飞机的失效模式以及飞机所受的环境特点, 总结起来引起飞机 襟缝翼失效的主要工况环境包括温度、湿度、砂尘、盐雾以及振动。分析单一环境因 素对襟缝翼关键元件失效的影响, 可以在设计初期针对飞机特殊部位的选材及其模型 设计提供指导。

9

南昌航空大学学士学位论文

3 民用飞机襟、缝翼的机构单一环境试验
3.1 环境因素分类
3.1.1 分类方法与分类 环境是指在任一时刻任一地点产生或遇到的自然环境因素和诱发环境因素的综 合体[10]。是影响航空装备在运输、储存和使用中可靠性的重要因素,是进行可靠性设 计和耐环境设计的基本依据。组成环境的各个部分称为环境因素。 对军用装备有较大影响的环境因素主要有 23 个,如下表 3.1 所示: 表 3.1 主要环境因素及其分类 类型 类别 因素 地貌 地表 水文 土壤 植被 温度 湿度 压力 自然环境因素 气候 太阳辐射 雨 固体沉降物 雾 风 盐雾 臭氧 生物 生物有机体 微生物有机体 砂尘 污染物 振动 机械的 冲击 加速度

气载的 诱发环境因素

10

南昌航空大学学士学位论文

能量的 3.1.2 全寿命环境因素

声 电磁辐射

产品在设计阶段就要考虑环境因素的影响,产品的全寿命过程即从设计、制造、 试验、使用以及维修一直都受到环境因素的影响。特别是产品的运输、储存和使用阶 段,受环境因素影响的作用程度较大。分析产品的全寿命环境因素对于产品的设计, 使用及其维护都能提出理论依据。 (1)运输阶段 产品制造好以后经过必要的测试,检测合格后运送到指定的地点。由于距离地理 位置等的影响,选择的运输方式也不一样,比较常见的是公路运输、铁路运输、水运 和空运等。不同的运输方式在运送产品时所受到的环境影响因素也不一样,具体见下 表 3.2。 表 3.2 运输阶段环境因素 寿命阶段事件 运输阶段 装卸和公路运输 道路冲击, 相应诱发环境 道路振动, 装卸冲击。 装卸和铁路运输 铁路冲击, 铁路振动, 装卸冲击。 装卸和空运 飞行中振动, 着陆冲击, 装卸冲击。 装卸和船运 波浪诱发振动, 波浪正弦冲击。 高温、 低温、淋

高温、低温、淋 高温、低温、淋

相应自然环境 雨、冰雹、砂、 雨、冰雹、砂、 减压、热冲击 雨、临时浸渍、 尘 (2)储存阶段 产品在抵达目的地以后除了装备到飞机上,其它剩余的产品须进行储存。根据产 品的基本特点,以及配备设施的差别。一般分为有遮蔽物和无遮蔽物的储存,不同的 储存方式受到环境影响的因素也有所不同。具体的如下表 3.3 所示。 表 3.3 储存阶段环境因素 寿命阶段事件 储存阶段 装卸和后勤支援运输 道路冲击, 相应诱发环境 道路振动, 装卸冲击,
11



盐雾

有遮蔽储存

无遮蔽储存





南昌航空大学学士学位论文

热冲击 高温、低温、冰冻、 高温、 低温、 冰冻、 相应自然环境 淋雨、冰雹、砂、尘、 盐雾、长霉、化学 盐雾、太阳辐射 (3)作战使用阶段 大多数飞机的起飞和降落都是在陆地上,但是也有不少舰载飞机,它们的起飞和 降落则受海域环境影响比较大。通过对比能知道两者间主要环境影响因素间的差异。 具体情况见下表 3.4。 表 3.4 作战使用阶段环境因素 寿命阶段事件 作战使用阶段 船舶上部署和使用 波浪诱发振动, 相应诱发环境 发动机诱发振动, 波浪冲撞冲击, 武器发射冲击。 飞机上部署和使用 跑到诱发振动,气动振动, 战斗机振动,起飞、着陆、机动 加速,制动着陆冲击,气动加热, 弹射器发射。 侵蚀 高温、低温、冰冻、 淋雨、冰雹、砂、尘、 盐雾、太阳辐射、长 霉、化学侵蚀

高温、低温、冰冻、热冲击、 高温、低温、冰冻、热冲击、淋 相应自然环境 淋雨、盐雾、长霉、化学侵蚀、 雨、长霉、化学侵蚀、太阳辐射、 太阳辐射 雨水扑击、砂尘扑击

3.2 单一环境因素引起襟、缝翼失效的分析
3.2.1 温度 产品的物理性能会因为温度的变化而产生一定的作用。由于材料的不同,当温度 变化时,每种材料的吸热和散热能力不一样,会在零件内部产生一定的内应力,导致 零部件的形变程度不一样。从而影响零件间的配合,产生磨损和冲击。温度引起的效 应及失效原理见表 3.5。 表 3.5 温度引起的失效分析 高温 低温

热胀形成内应力,影响材料性能, 粘度增加和固化,脆化,物理收 主要影响 粘度变化影响润滑性能, 不同材料 缩 膨胀差别 典型失效 结构损坏,机械应力增加,强度降 失去润滑特性,机械强度减弱,
12

南昌航空大学学士学位论文

低,运动部分磨损加剧,丧失润滑 结构失效,运动部件磨损增大 特性,零件咬合 防护措施 3.2.2 湿度 当零部件表面的湿度达到一定的程度时,金属表面因为湿度的作用形成水膜。水 膜中的酸、氧、盐等离子会与金属发生电化学作用从而加剧金属的腐蚀,湿度引起的 效应及失效原理见表 3.6。 表 3.6 湿度引起的失效分析 高相对湿度 主要影响 典型失效 防护措施 3.2.3 砂尘 砂尘是引起和加剧粘着磨损的主要因素,而在滚轮滑轨的使用过程中,砂尘的积 聚会使得物件转动、滑动受阻造成卡阻,砂尘粘附在润滑油中会形成油阻使得润滑性 能降低,砂尘因素不可避免,砂尘引起的影响及失效模式如下表 3.7。 表 3.7 砂尘引起的失效分析 砂尘 主要影响 典型失效 防护措施 3.2.4 盐雾 飞机在海洋上空飞行时,盐雾是引起飞机襟缝翼失效的关键因素。盐雾的主要成 分是钠离子和氯离子,襟缝翼上的金属材料会与钠离子、氯离子发生化学作用,从而 对金属零部件造成腐蚀。盐雾引起的影响及失效模式如下表 3.8。 表 3.8 盐雾引起的失效分析 盐雾 主要影响 典型失效 化学反应,腐蚀,电解 磨损增大,机械强度降低,表面变质,结构强度降低,导电性增加 磨损,堵塞,化学反应 磨损增大,表面腐蚀,干扰功能,滑动、转动失常 进行防尘装置设计,合理选用材料 腐蚀,氧化 物理断裂,有机覆盖层损坏 低相对湿度 干燥,脆化,粉碎 机械强度降低, 结构毁坏, “粉化” 进行热设计,合理选用润滑剂,采 进行热设计,合理选用润滑剂, 用散热装置 采用低温密封材料,提供出水孔

选耐潮材料,防护涂层,密封

13

南昌航空大学学士学位论文

防护措施 3.2.5 振动

减少电化学腐蚀,表面处理或涂复阻挡层,避免湿气积存

飞机在飞行时无时无刻不在产生振动,尤其在高空中当遇到强烈气流时,更是会 对飞机造成强烈的振动。长时间的振动会导致机件疲劳、机械强度下降,其引起的影 响及失效模式如下表 3.9。 表 3.9 振动引起的失效分析 振动 主要影响 典型失效 防护措施 3.2.6 其他因素 除了温度、湿度、砂尘、盐雾、振动等因素会明显引起飞机襟、缝翼的失效,环 境中其他的因素也会或多或少产生一些影响,本小节主要分析压力、磁场以及霉菌对 飞机襟缝翼失效的影响。 表 3.10 其他因素引起的失效分析 因素 主要影响 结构破裂,膨胀,功 能受影响 引起磁化 典型失效 结构毁坏,润滑剂挥 发干燥,机械强度下 降 电性能变化,发热 防护措施 过压保护,结构强度 设计,结构密封 采用屏蔽体 选用不长霉的材料, 避免高温潮湿条件, 采用防霉剂处理 机械应力,疲劳使机件结构损坏,发生共振 机械强度下降,磨损增大,密封损坏,结构损坏 消除或减弱冲击源、振源和声源,冲击振动隔离,减振缓冲设计

压力

磁场

霉菌

材料降解,腐蚀,生 表面损坏,绝缘破坏, 物电桥 润滑剂劣化

14

南昌航空大学学士学位论文

4 环境试验条件、方法及设备
4.1 盐雾环境条件试验方法
盐雾试验的基本原理是在盐雾箱内,将近似海水成分的水溶液喷射成雾状,充满 整个箱内,配合温度、湿度的控制,并强化这些因素进行加速老化[11]。当零件表面湿 度在一定值时, 盐雾中氯化钠溶解分离出的钠离子和氯离子与材料中的活泼金属离子 反应,形成的盐物质覆盖在零件表面逐步渗透既而腐蚀材料。 根据 HB5830.12-86 确定试验。 (1)盐雾条件下所需考虑因素 ①电化学腐蚀; ②加速应力腐蚀; ③试验元件阻塞、卡死。 (2)对试验设备的要求 ①形成盐雾不允许喷射到试验样品上; ②盐雾能均匀的撒落在试验样品上; ③试验设备必须具备不被盐雾腐蚀的能力,减少人为试验误差; ④盐雾冷凝物不允许低落在试验样品上; ⑤用过的喷雾溶液不得重复使用; ⑥试验箱应有通气孔,以保证内外压力平衡; ⑦进入试验箱的压缩空气必须无杂质,油污,并经过加温处理; ⑧盐雾沉降率测量点分布在设备有效空间, 漏斗上表面距离设备底面高度为设备 有效高度三分之一。 本试验采用容积小于 1 立方米的设备容积测量点为 5 个。

图 4.1 盐雾浓度测量点示意图
15

南昌航空大学学士学位论文

盐雾沉降率应符合 HB5830.12-86 对沉降率的要求。 (3)试验条件 表 4.1 盐雾试验条件 温度 (℃) 盐溶液 成分:Nacl,浓度:50g/L ? 5g/L, ph 值:6.5~7.2 盐雾沉降率 /80cm2 1~2ml/h 喷雾 方式 连续 喷雾 试验周期 (h) 48 或 96

35 ? 2

(4)试验步骤(根据 HB5830.12-86) ①初始检验:试验之前对样品进行外观检查,记录结果。 ②把试验箱温度调整到规定值,试验样品放在试验箱中保温 2 小时。 ③连续将盐雾通入试验箱,周期按照规定标准,沉降率按照规定标准。 ④试验结束后对结果进行判定。

4.2 温度和湿度环境条件试验方法
(1)温度/湿度条件下所需考虑因素 ①化学腐蚀; ②应力腐蚀; ③机械性能被破坏。 (2)对试验设备的要求 ①在进行温度/湿度组合试验时,要求有两个试验箱,一个低温箱和一个湿热箱; ②湿热箱应能达到试验规定的温湿度条件,并能按照试验的要求进行温湿度循 环。 本试验采用容积小于 1 立方米的试验设备。试验时布置的测量点温度有 9 个,湿 度有 3 个。

图 4.2 温度与湿度测量点示意图 (3)试验条件

16

南昌航空大学学士学位论文

表 4.2 温度和湿度试验条件 试验温度(℃) 25~67 相对湿度(%) 80~96 循环数(个) 10

注:循环周期——24 小时为一个循环周期 (4)试验步骤 温度和湿度组合试验在设计循环数时一般采用 10 个。试验时,在前 9 个循环中 任意选出 5 个循环进行包括低温分循环的 24 小时循环试验, 另外 4 个循环为 24 小时 的湿热循环试验。 试验由预处理、初始检测、试验、恢复和最后检测 5 个步骤组成[12]。

4.3 砂尘环境条件试验方法
进行砂尘环境条件试验的主要目的是通过此试验了解砂尘对设备的影响程度, 为 设备的设计以及后续维护提供指导依据。砂尘试验包括吹尘法和吹砂法,一般都采用 吹尘法。砂尘试验设备由试验箱和能监测、控制砂尘浓度、空气速度、温度和湿度的 控制仪表以及储存、运送砂尘的辅助装置三大部分组成。 (1)砂尘条件下所需考虑因素 ①表面腐蚀; ②试验元件阻塞卡死。 (2)对试验设备的要求 ①在试验期间,应能不断对砂尘浓度、空气速度、温度和湿度进行监测; ②试验时,温度容差应控制在 ? 2℃内,湿度应控制在 5%内; ③由于石英粉末对人体有害,试验箱应有良好的密封性能。包括砂尘存放容器在 内的整个试验设备应放在单独隔开并有良好通风的房间内。 本试验采用容积小于 1 立方米的设备容积测量点为 9 个。

图 4.3 风速测量点示意图 (3)试验条件

17

南昌航空大学学士学位论文

表 4.3 砂尘试验条件 种类 吹尘法 砂尘浓度 g / m3 10.6 ? 7 温度(℃) 23 或 60 相对湿度 (%) 30 或 22 空气速度 m/s 1.5 和 8.9 持续时间 (h)
?6

注:1.5m/s——尘粒扬起时的最小风速 8.9m/s——典型的沙漠风速 (4)试验步骤 ①对样品进行外观检查、机械以及电性能检测; ②样品放入试验箱内,将箱内温度升到 23℃,相对湿度控制到小于 22%,空气 速度调到 8.9 ? 1.2m/s。然后调节砂尘输入量,使砂尘浓度 10.6 ? 7g/m3。达到上述条 件后,使样品在此条件下静置 6 小时; ③停止输入砂尘,将空气速度调低到 1.5 ? 1 m/s,并将箱内温度升高到 60℃,然 后将相对温度控制到 10%。在上述条件下保持 16 小时; ④保持箱内温度 60℃不变,保持相对湿度 10%不变,将空气的速度再调高到 8.9 ? 1.2m/s,然后输入砂尘、控制砂尘浓度为 10.6 ? 7g/m3,在此条件下使样品静置 6 小时; ⑤切断试验箱的所有控制,使样品恢复到正角大气条件,然后取出样品; ⑥对样品进行外观和结构检测、电性能检测。

18

南昌航空大学学士学位论文

5 正交试验方法研究
5.1 正交试验概述
正交试验法也叫正交试验设计法,它是用“正交表”来安排和分析多因素问题试 验的一种数理统计方法[13]。正交试验的优点在于通过正交表对试验进行详细设计,既 考虑到各因素的影响又能有效的控制试验次数, 通过方差分析法对试验结果进行分析 能找到各因素最佳水平组合。因此,正交试验法广泛应用于航空制造和科学研究等领 域,并取得了显著的效果。 对于复杂问题的研究,常会受到较多因素的影响。试验设计前先要了解两个概念 即因素和水平。因素是确定好试验指标后对试验指标有影响的条件,也称为因子。水 平则是所拟定好的因素的不同状态,一般水平是根据研究对象的工况环境进行设定。 正交试验的设计正是将各个因素与不同水平通过正交表进行排列, 通过正交表可以将 每一因素与其他因素的各个水平进行组合, 充分考虑到各因素及其水平对试验指标的 影响,有效的完成多因素试验的设计。 飞机襟缝翼由于飞机飞行时所遭受环境的多样化,受到众多因素的影响。但是对 其可靠性产生重大影响的因素只有几个, 若将所有因素罗列出来一一进行试验不现实 同时也浪费资源。经过目前几种常用试验设计方法的对比,正交试验设计由于其特有 的性质,因此本课题选用其作为研究的试验方法。

5.2 正交表
正交表是由数学理论中的组合排列和概率论等知识按一定的原理排列出的规则 表格。最简单的正交表是 L4 ?2 3 ? ,见表 5.1。

表 5.1 正交表 L4 2 3 列号 试验号 1 2 3 4 1 1 1 2 2

? ?
2 1 2 1 2 3 1 2 2 1

19

南昌航空大学学士学位论文

记号 L4 ?23 ?的含意如下图所示[14]:

图 5.1 正交表 L4 ?23 ?的含义 正交表 L4 ?23 ?的特点: 次。 ②任意两列中,将同一行的两个水平看成有序数字对时,则必然构成完全有序数 字对,而且每种数字对出现的次数相等。如 L4 ?23 ?中第 1、2 列构成一个完全有序数 字对: ?1,1? 、 ?1,2? 、 ?2,1? 、 ?2,2? ,其中每种数字对均出现一次。 凡是满足上述两个条件的表就称为正交表。 常见的正交表有: L4 ?23 ?, L8 ?2 7 ?, L9 ?34 ?, L16 ?45 ? , L25 ?56 ? 等。

①每一列中,不同水平出现的次数相等。如 L4 ?23 ?中水平“1”和“2”各出现两

5.3 正交试验设计及分析
5.3.1 试验设计 (1)确定因素与水平 根据本文所研究的内容, 通过初步分析各环境因素对飞机襟缝翼关键元件摩擦磨 损的影响,挑选出温度、湿度、砂尘和盐雾 4 个环境因素作为试验的因素,且因素间 无交互作用。 根据研究目的,对试验结果的准确性要求较高,如果采用二水平进行试验因为试 验的次数较少,不可避免的有缺陷。所以采用三水平进行试验,三水平可以更好的观 察试验结果的变化趋势,以选出最佳的试验方案。 因素与水平列表如下表 5.2 所示:

20

南昌航空大学学士学位论文

表 5.2 影响因素确定 因素 水平 1 2 3 (2)确定正交表 正交试验的优点在于可以通过较少的试验次数, 分析试验结果找到最佳的试验方 案,已达到快速,准确的目的
[15]

温度 A 低 中 高

湿度 B 低 中 高

砂尘 C 低 中 高

盐雾 D 低 中 高

。本试验中确定出的因素为 4 个,水平为低、中和高

3 个水平,结合正交试验的基本原理选出 L9 34 来作为此次试验所需要的正交表。 (3)表头设计 本试验中因为试验条件的限制则将因素间的相互作用排除掉不以考虑, 本试验中 将 4 个因素分别放到 4 列中,表头设计如下表 5.3 所示: 表 5.3 表头设计方法 表头设计 列号 (4)试验计划 由正交试验的原理可以很快捷的得到 L9 34 正交表的具体试验安排,如下表 5.4 所示: 表 5.4 L9 ?34 ? 因素 试验号 试验 1 试验 2 试验 3 试验 4 试验 5 试验 6 试验 7 试验 8 温度 A 1 湿度 B 2 砂尘 C 3 盐雾 D 4

? ?

? ?

因素 1 1 1 1 2 2 2 3 3

因素 2 1 2 3 1 2 3 1 2
21

因素 3 1 2 3 2 3 1 3 1

因素 4 1 2 3 3 1 2 2 3

南昌航空大学学士学位论文

试验 9

3

3

2

1

所设计试验的计划表则是将拟定好的各因素水平与上表 5.4 中水平相对应填入即 可。 表 5.5 试验计划表 因素 试验号 试验 1 试验 2 试验 3 试验 4 试验 5 试验 6 试验 7 试验 8 试验 9 5.3.2 试验结果分析 通过正交试验来研究飞机襟缝翼的环境试验, 主要是为了能方便的找出哪些因素 对飞机襟缝翼关键元件磨损有明显的影响, 各个因素间以怎样的水平组合使得磨损量 最小。正交试验数据分析的方法有多种,比较常用的分别是极差分析法(又叫直观分 析法)和方差分析法。 (1)极差分析法 极差分析法的基本原理是先求出每个因素指标的平均值,既而求出极差,再由极 差的值来判定因素的影响程度[16]。极差就是平均效果中最大值和最小值的差,有了极 差,就可以找到影响指标的主要因素,并可以帮助我们找到最佳因素水平组合。 极差分析法具体分析步骤: 因素 1 (温度 A) 因素 2 (湿度 B) 因素 3 (砂尘 C) 因素 4 (盐雾 D) 1(低) 1(低) 1(低) 2(中) 2(中) 2(中) 3(高) 3(高) 3(高) 1(低) 2(中) 3(高) 1(低) 2(中) 3(高) 1(低) 2(中) 3(高) 1(低) 2(中) 3(高) 2(中) 3(高) 1(低) 3(高) 1(低) 2(中) 1(低) 2(中) 3(高) 3(高) 1(低) 2(中) 2(中) 3(高) 1(低)

22

南昌航空大学学士学位论文

图 5.2 极差分析法流程图

(2)方差分析法 方差分析法可以解释哪些因素对试验指标有显著影响, 以弥补极差分析法的不足 之处。 方差分析法的主要步骤包括总平方和分解和 F 检验。 总平方和分解的主要原理就是先求出试验指标的总平方和, 再通过特定的数学关 系求解每列的平方和,为第二步的 F 检验提供定量关系。 F 检验的主要原理也是通过特定的数学关系, 将每列的平方和与每列的 F 值相联 系,并且关联 F 检验法。这样便可以分析出得到的 F 值在 F 分布表的哪个水平显著。 这两种分析方法的具体分析过程将在第六章中,由具体的试验进行详细解说。

23

南昌航空大学学士学位论文

6 综合试验方法研究
本章拟通过两个试验来进一步说明正交试验的应用, 这两个试验分别是振动—温 度—盐雾试验和湿度—温度—盐雾试验。

6.1 试验一(振动—温度—盐雾试验)
(1)试验目的 本试验的目的是通过分析振动、 温度、 盐雾三个因素对飞机关键元件失效的影响, 为提高飞机襟缝翼的可靠性做出设计依据, 并以寿命时间的大小作为衡量试验结果的 指标。 (2)确定因素与水平 本试验只针对振动、温度和盐雾 3 个因素进行研究,因素和水平的确定如下表 6.1 所示: 表 6.1 试验一因素及其水平的确定 因素 水平 1 2 3 (3)选正交表 在确定正交表的形式时,根据先看水平再看因素数量的原则。本例试验设计采用 3 水平,就先在 3 水平的正交表中从试验次数少的开始,再结合考虑列数能排下 3 个 因素,从而选 L9 34 ,这要做 9 次不同方案的试验。 (4)表头设计 因不考虑因素间的交互作用,本试验的表头设计只需要将振动 A、温度 B、盐雾 C 三个因素依次放到 1、2、3 列中。表头设计如下表 6.2 所示: 表 6.2 试验一表头设计 振动 A 列号 (5)试验计划 由正交试验的基本原理,可以得到本试验的试验计划表。 1 温度 B 2 盐雾 C 3 4 振动(次/秒)A 80 50 20 温度(℃)B —10 15 30 盐雾 C 高 低 中

? ?

24

南昌航空大学学士学位论文

表 6.3 试验一试验计划及试验结果 振动(次/秒) 试验 1 试验 2 试验 3 试验 4 试验 5 试验 6 试验 7 试验 8 试验 9 (6)试验分析 本次试验采用极值分析法进行试验结果分析。 以 I A , II A , IIIA ,分别对应 A1 , A2 , A3 水平下所对应的指标之和。 I A , II A ,
III A 表示它们的平均值,得到

温度(℃) 1(-10) 2(15) 3(30) 1(-10) 2(15) 3(30) 1(-10) 2(15) 3(30)

盐雾浓度 1(高) 2(低) 3(中) 2(低) 3(中) 1(高) 3(中) 1(高) 2(低)

寿命(小时) 51000 71000 58000 82000 69000 59000 77000 85000 84000

1(80) 1(80) 1(80) 2(50) 2(50) 2(50) 3(20) 3(20) 3(20)

,则 I A ? 60000 I A ? 51000? 71000? 58000? 180000
II A ? 82000? 69000? 59000? 210000,则 II A ? 70000

,则 III A ? 82000 IIIA ? 77000? 85000? 84000? 246000 若以极差来表示各水平平均指标中的最大值减去最小值,则各因素的极差 R 大 小就表示各因素对试验指标影响的程度,极差 R 越大,说明该因素对指标影响越大, 它就越重要[17]。 则 R A = III A ? I A ? 82000? 60000? 22000 同理可得 I B ,II B ,IIIB ,I B ,II B ,III B ,RB 和 I C ,II C ,IIIC ,I C ,II C ,III C ,
RC 。

试验结果如下表 6.4 所示: 表 6.4 试验一试验结果分析表 振动 A
I

温度 B 210000 225000 201000 70000
25

盐雾 C 195000 237000 204000 65000

180000 210000 246000 60000

II
III

I

南昌航空大学学士学位论文

II
III

70000 82000 22000

75000 67000 8000

79000 68000 14000

R

由表 6.4 可以看出,在振动—温度—盐雾试验中,根据极值 R 的值可以判断出对 飞机襟缝翼关键元件寿命影响最大的是振动,其次是盐雾,温度最弱。

6.2 试验二(湿度—温度—盐雾试验)
(1)试验目的 本试验的目的是通过分析湿度、 温度、 盐雾三个因素对飞机关键元件失效的影响, 为提高飞机襟缝翼的可靠性做出设计依据, 并以寿命时间的大小作为衡量试验结果的 指标。 (2)确定因素与水平 本试验只针对湿度、温度和盐雾 3 个因素进行研究,因素和水平的确定如下表 6.5 所示: 表 6.5 试验二因素及其水平的确定 因素 水平 1 2 3 (3)选正交表 在确定正交表的形式时,根据先看水平再看因素数量的原则。本例试验设计采用 3 水平,就先在 3 水平的正交表中从试验次数少的开始,再结合考虑列数能排下 3 个 因素,从而选 L9 34 ,这要做 9 次不同方案的试验。 (4)表头设计 因不考虑因素间的交互作用,本试验的表头设计只需要将湿度 A、温度 B、盐雾 C 三个因素依次放到 1、2、3 列中。表头设计如下表 6.6 所示: 表 6.6 试验二表头设计 湿度 A 列号 (5)试验计划 1 温度 B 2 盐雾 C 3 4 湿度(%)A 70 40 10 温度(℃)B -15 20 50 盐雾 C 低 中 高

? ?

26

南昌航空大学学士学位论文

由正交试验的基本原理,可以得到本试验的试验计划表。 表 6.7 试验二试验计划及试验结果[17] 湿度(%) 试验 1 试验 2 试验 3 试验 4 试验 5 试验 6 试验 7 试验 8 试验 9 (6)试验分析 ①总平方和分解 假设 y 为试验结果即寿命,用 ST 表示数据的总平方和,
ST ? ? ( yi ? y ) 2
i ?1 n

温度(℃) 1(-15) 2(20) 3(50) 1(-15) 2(20) 3(50) 1(-15) 2(20) 3(50)

盐雾浓度 1(低) 2(中) 3(高) 2(中) 3(高) 1(低) 3(中) 1(低) 2(高)

寿命( ? 103 h) 42 53 61 69 82 47 84 60 76

1(70) 1(70) 1(70) 2(40) 2(40) 2(40) 3(10) 3(10) 3(10)



fT ? n ? 1
n

(6.1)

式中:n 为试验次数, y 是试验结果的总平均数,若计 T ? ? yi ,则 y ? T / n 。 fT
i ?1

是 ST 的自由度。
4 对正交表 L ,第 j 列的平方和 S j ? 3? (T jk ? y ) 2 , f j ? 2, j ? 1,2,3,4 ( 9 3 )
k ?1 3

(6.2)

式中: T jk 为第 j 列第 k 水平的平均值,则
ST ? S1 ? S2 ? S3 ? S4

(6.3) (6.4)

fT ? f1 ? f 2 ? f3 ? f 4
综上得到: T11 ? 42 ? 53 ? 61 ? 156, T 11 ? 52
T12 ? 69 ? 82 ? 47 ? 198, T 12 ? 66

T13 ? 84 ? 60 ? 76 ? 220, T 13 ? 73

y? (42 ? 53? 61? 69 ? 82 ? 47 ? 84 ? 60 ? 76 ) / 9 ? 64
27

南昌航空大学学士学位论文
2 2 2 则 S1 ? 3 (52 - 64 ) ? (66 - 64 ) ? (73- 64 ) ? 687

?

?

同理可得 T21 , T22 , T23 , S2 , T31 , T32 , T33 , S3 , T41 , T42 , T43 , S4 ( S4 表示 由于第四列没有安排因子而产生的误差所带来的数据波动) 各列平方和计算边如下表 6.8 所示: 表 6.8 试验二各列平方和的计算表 表头设计 列号 试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
T1

A 1 1(70) 1(70) 1(70) 2(40) 2(40) 2(40) 3(10) 3(10) 3(10) 156 198 220 687

B 2 1(-15) 2(20) 3(50) 1(-15) 2(20) 3(50) 1(-15) 2(20) 3(50) 195 195 184 33

C 3 1(低) 2(中) 3(高) 2(中) 3(高) 1(低) 3(中) 1(低) 2(高) 149 198 227 1032 4 1 2 3 3 1 2 2 3 1 200 184 190 57
S T ? 1809

y

42 53 61 69 82 47 84 60 76
T ? 574

T2

?y

2 i

? 38420

T3

S ②F 检验

由于 S因 与 Se 独立, Se / ? 2~? 2 ? f e ? ,当因子的效应均为 0 时, S因 / f因~? 2 ? f因 ? , 因此在一个因子的效应均为 0 时有

F因 ?

S因 / σ 2 f因 ? MS因 /MSe~F ? f因,fe ? Se / σ 2 f e

? ?

? ?

(6.5)

式中: MS因 ? S因 / f因 是因子的均方和, f因 是对应因子的自由度, MSe ? Se / f e 是 误差的均方和, f e 是误差的自由度。 当 F因 ? MS因 / MS e? F1?? ? f因,f e ? 时,认为在显著性水平 ? 上因子是显著的,即该 因子的效应不全为 0.其中 F1?? 是相应自由度的 F 分布的 1 ? ? 分位数[18]。
28

南昌航空大学学士学位论文

则可得: MS1 ? S1 / f1 ? 343.5 , MS4 ? S4 / f 4 ? 28.5 , F1 ? MS1 / MS4 ? 12 同理可得 MS2 , F2 , MS3 , F3 。 试验 2 方差分析表如下表 6.9 所示: 表 6.9 试验二方差分析表 来源 因子 A 因子 B 因子 C 误差 e T 平方和 S 687 33 1032 57 1809 自由度 f 2 2 2 2 8 均方和 MS 343.5 16.5 516 28.5 F比 12 0.6 18

F0.9 ?2,2? ? 9.0

由表 6.9 可以很直观的看出由于 FA 大于 F0.9 ?2,2? ? 9.0 ,FC 大于 F0.9 ?2,2? ? 9.0 ,因 此因子 A 与 C(即湿度和盐雾)均在显著性水平 0.10 上是显著的,因子 B(温度) 不显著。 因素湿度和盐雾是影响程度显著的,所以要选择其最好的水平,由试验计划表可 得,应取 A3C3 ,对于因素温度则可以选任意水平。 在参考文献[16]中,作者是用极差分析法对试验结进行分析,得到的结果是在这 三个因素中因素盐雾浓度的影响作用最大,湿度次之,温度的影响程度最低。与本节 通过方差分析法得到的结论一样。说明,极差分析法和方差分析法对结果的处理具有 相同准确度,但通过方差分析法可以得到最优点。我们需要针对试验目标来选择合适 的分析方法。 通过这两例正交试验的设计及分析, 可以很明了的认识到正交试验在处理多因素 试验时的优势。除了在达到试验目的的同时可以适当的减少试验次数,而且在试验结 果的分析上通过极差分析法和方差分析法都能很清晰的分析出因素对指标的影响程 度。

29

南昌航空大学学士学位论文

7 总结
本文主要工作是以飞机的襟缝翼运动机构为研究对象, 通过对飞机襟缝翼基本结 构的分析,研究其在环境因素下的失效情况,然后利用正交试验研究环境因素对飞机 襟缝翼的摩擦磨损情况,及其试验设备。 首先,介绍襟缝翼近年的研究现状,分析环境试验和可靠性试验同时将环境试验 和可靠性试验进行对比。介绍目前常用的各种试验设计方法,通过对比说明本课题选 择正交试验作为试验设计方法的依据。 其次,简单介绍襟缝翼,了解襟缝翼的相关功能。同时分析襟缝翼机构的关键元 件,了解各关键元件失效的具体模式和工况环境,为后续环境试验的安排提供方向。 了解环境因素的相关概念, 研究襟缝翼机构在单一的环境因素的影响下的失效。 接着, 针对主要的环境影响因素包括盐雾、温度、湿度以及砂尘,根据环境试验标准设计环 境试验。 最后,介绍正交试验和正交表,了解正交试验和正交表的基本特点。通过正交试 验原理, 针对影响襟缝翼磨损程度较高的几种环境因素设计了两个三因素综合环境试 验。分别是振动—温度—盐雾试验与湿度—温度—盐雾试验。振动—温度—盐雾试验 中通过极值分析法得出对试验指标影响程度最大的环境因素是振动, 湿度—温度—盐 雾试验中通过方差分析法得出对试验指标影响程度最大的环境因素是盐雾浓度。

30

南昌航空大学学士学位论文

参考文献
[1] 陈君伟.民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究.硕士学位论文,南京,南京航空航天大 学,2010.3 [2] 余加毅.环境试验与可靠性试验的关系分析.科技创新与应用,2013,3:134 [3] 马志宏,李金国,辛文波,张雷.环境试验与可靠性试验的关系及其应用 .电子产品可靠性与环 境试验,2006,24(6):57-61 [4] 祝耀昌.可靠性试验及其发展综述.航天器环境工程,2007,24(5):261-269 [5] 黄建国.后缘襟翼运动型式的选择及其分析.民用飞机设计与研究,2009,3:8-12 [6] 古鸣.民机襟翼滚针轴承磨损试验设计.硕士学位论文,南京,南京航空航天大学,2009.3 [7] 包敦永.民机缝翼机构可靠性若干问题分析与试验方法研究.硕士学位论文, 南京,南京航空航 天大学,2008.1 [8] 古鸣,左洪福,吕德峰.民机缝翼滑轨机构磨损分析研究.飞机设计,2008,28(2):10-14 [9] 贺东斌,冯元生.航空关节轴承可靠性分析.机械强度,1995,17(1)29-31 [10] 飞机设计手册总编委,可靠性、维修性设计,航空工业出版社,1999 [11] 宣卫芳.装备与自然环境试验-提高篇.北京:航空工业出版社,2011 [12] 王树荣.环境试验.北京:人民邮电出版社,1988 [13] 侯化国,王玉民著.正交试验法.长春:吉林人民出版社,1985 [14] 廖永平,严宇编.正交试验法在机械工业中的应用.北京市:中国农业机械出版社,1984 [15] Yan, D S, Qu,N S,Li,H S,et al.Significance of Dimple Parameters on the Friction of Sliding Surfaces Investigated by Orthogonal Experiments,Tribology Transactions,53:5,703-712 [16] 姜同川.正交试验设计.济南:山东科学技术出版社,1985 [17] 林海彬,蔡景.正交分析法在滚轮滑轨环境试验中的应用研究.飞机设计,2012,32(3):32-34 [18] 茆诗松,周纪芗,陈颖.试验设计.北京:中国统计出版社,2012

31

南昌航空大学学士学位论文





一晃四年大学生活即将结束, 在这里除了学到了很多的知识, 丰富了自己的阅历, 提高了自己的动手能力。同时在这里我也学会了很多做人的道理。现在我的毕业设计 也步入尾声,也意味着我即将离开这里。 在本论文完成之际,首先要感谢我的指导老师陈志雄,陈老师知识渊博,研究广泛, 严谨的教学态度同时对学生要求严格,这些都令我钦佩。在此向陈老师辛勤的教导表 示由衷的感谢。 同时也要感谢我的同学们,在我的毕设遇到瓶颈时,是我的同学们给予我帮助, 和我一起讨论解决的方法。 最后要感谢所有的任课老师, 感谢他们的教诲。 也感谢这所学校, 这四年的时间, 我真的学到了很多。

32


相关文章:
襟翼和副翼的概念及作用
襟翼副翼的概念及作用 襟翼是安装在机翼后缘内侧的翼面,襟翼可以绕轴向后...在现代飞机设计中,当襟翼的位置移到机翼的前缘,就变成了前 缘襟翼。前缘襟翼也...
课程设计报告飞机襟翼设计
课程设计报告飞机襟翼设计_兵器/核科学_工程科技_专业...简单襟翼: 简单襟翼与副翼形状相似,放下简单襟翼,...如图七。 以襟翼根部截面为研究对象,b 根=2,4×...
《襟翼、副翼和缝翼》
襟翼副翼和缝翼》_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。《缝翼、襟翼副翼...飞机的增升装置 飞机的增升装置有后缘襟翼、前缘缝翼、前缘襟翼和吹气襟翼。 ...
民航概论课程作业及答案2
答案:错误 第 15 题 襟翼副翼的作用相同,统称为增升装置。 答案:错误 第 16 题 导航系统广义上包括所有为飞机确定位置和方向的设备, 狭义上只包括在航路上...
民航概论试卷2
34、影响飞机纵向安定性的因素有:D A、飞机的副翼。 C、飞机襟翼。 A、提供升降舵偏转角 C、提供对飞机重心的倾斜力矩 A、提供方向舵偏转角 C、提供对飞机...
《民航概论》题
他 不愧为现代飞机的空气动力理论研究飞机构造和操纵实践等方面的奠基人。 A...副翼实现 B、通过操纵方向舵实现 C、通过操纵升降舵实现 D、通过操纵襟翼实现 ...
民航概论各章习题详解(答案)
3) (P32)机翼的前缘和后缘加装了很多改善或控制飞机气动力性能的装置,这些装置包括什 么? 副翼襟翼、缝翼和扰流板。 4) (P33)缝翼有什么作用? 使上表面的...
飞机系统参考习题
0009:题号-10700009 使飞机绕横轴在纵向改变姿态的舵面是 ★A、升降舵 B、方向舵 C、襟翼 D、副翼 202-72.如果驾驶员操纵驾驶杆, 使其向前并向右, 左边的...
航空概论习题1
A.脚蹬、副翼襟翼 B.副翼、平尾、方向舵 C.驾驶杆、升降舵、垂尾 D.升降舵、方向舵、福翼 28、关于飞机纵向操纵下列说法正确 的是( D ) A、飞行员前推...
北航《飞机结构与系统》在线作业二
A. 副翼 B. 襟翼 C. 升降舵 D. 方向舵 正确答案: 北航《飞机结构与系统》在线作业二 二、判断题(共 10 道试题,共 40 分。 ) 1. 飞行参数记录仪在...
更多相关标签:
飞机襟翼和副翼 | 襟翼和副翼的区别 | 副翼和襟翼 | 襟翼 副翼 | 襟翼副翼混控 | 副翼 当襟翼 | 飞机副翼 | 飞机副翼的作用 |