[摘 要]颤振试飞是高风险试飞科目，完成颤振试飞是取得型号核准书的必要条件之一。随着民用飞机技术的进步，全电传飞机逐步成为民机主流。但是，全电传技术在带来技术革命的同时，产生了颤振试飞方面的诸多难题，例如飞控主频的限制等。为解决全电传飞机的颤振试飞难题，提出了一种新型的颤振激励器的结构设计思路，并进行了试验件的详细设计及制造，为新型客机的颤振试飞提供了一种激励方法选择。
　　[关键词]颤振 激励 全电传民机
　　中图分类号：TU137 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0301-01
　　1.引言
　　顫振外部激励系统是指不借助飞机本体系统，通过自行设计产生的激励力或借助的空气动力对飞机进行激励，实现颤振试飞需求。颤振外部激励系统可以实现不同频率、不同幅值激振力的颤振激励需求，具有与飞控系统不交联、质量较轻、改装实施及恢复简易等多种优点。同时，利用外部激励系统，在宽体客机的颤振试飞中，可以有效避免因活动面转动惯量巨大所产生的运动延迟。因此，颤振外部激励系统在全电传民机、尤其是宽体客机的颤振试飞中，具有广阔的前景和应用价值。
　　2.设计需求
　　参考某型飞机的试飞要求，需要激励的部位包括机翼、垂尾和平尾，其中机翼和平尾的激励方式应包括对称和反对称两种方式。机翼的激励频率范围应涵盖1Hz-20Hz，垂尾和平尾的激励频率范围应涵盖1Hz-30Hz。该型飞机颤振试飞激励信号类型应包括正弦扫频、正弦恒频和脉冲信号。
　　3.概念设计
　　颤振外部激励系统产生的激励力来自气动力，并通过刚性结构的传力，传至飞机，激励起飞机的模态。设计了一个关于弦线对称的翼面，空气沿其上下表面流动；翼面后部，设计了两个开缝的圆筒，分为内外两层，内筒与外筒都带有两条圆心角为90°的开缝，开缝圆筒旋转时流过固定翼面的气流在其后缘发生向上或向下的偏转，从而使固定小翼上的气动力发生变化，产生所需的激励力。初步结构设计方案如图1所示。
　　对概念设计进行CFD建模，针对特定的计算工况（高度、速度、内筒转速），计算激励力系数、阻力系数和扭矩系数曲线。分析结果表明，随着内筒等速转动，激励力、阻力和扭矩均呈现为类正弦波动，气动力波动频率为内筒转动频率的2倍。
　　4.详细设计
　　4.1 初步几何设计
　　初步几何设计阶段，确定了开缝圆筒固定小翼激励设备需要如下几个零部件装配而成，分别是小翼、端肋、圆筒、内筒塞和轴承。
　　翼面与端肋采用耳片连接的形式。小翼有实体薄板和蒙皮桁架两种可选结构，在综合评估了力学性能、加工工艺和项目成本后，选择采用实体薄板方式作为小翼的初步设计方案。
　　4.2 详细设计
　　在初步几何结构设计的基础上，开展结构的详细设计，通过气动力仿真结果和强度校核结果对结构形状进行微调；对连接过渡处进行倒角；考虑装配工艺，增加螺栓连接设计，设计结构的安装固定方式。详细设计阶段的结构设计如图2所示。
　　小翼采用对称翼型，带后掠角，制作成实体翼面。考虑到同两侧端肋的安装，在小翼展向两端设计耳片。
　　翼肋设计长形凹槽，凹槽尺寸与其对应的耳片尺寸一致，把耳片嵌入凹槽中，再用螺钉垂直于耳片方向固定；翼肋与圆筒连接的部分，翼肋设计圆形凹槽，凹槽尺寸足以把外筒嵌入凹槽内。
　　内筒及外筒均由钢管通过打磨内外壁加工而成，筒壁上对称方向开90°缺口，内外筒之间的间隙为2mm，通过轴承支架的外径控制精度。
　　5.制造组装
　　开缝圆筒小翼颤振激励系统完成详细设计及强度校核后，进行了加工及制造。内筒、外筒及内侧端肋由钢材制造，小翼翼面由铝板切割打磨而成。结构件组装效果图如图3所示。
　　6.结束语
　　根据某型飞机颤振试飞的需求和民用飞机颤振试飞的发展趋势，本文件提出了一种颤振外部激励系统的结构设计方法，完成了详细设计，并进行强度校核及加工、装配。根据已有分析结论，该系统能较好的匹配某型飞机的颤振试飞需求。
　　参考资料
　　[1] 王涛，史爱明，杨永年.一种新型颤振激励系统的特性研究[J].飞行力学，2005，23（1）：35-37.
　　[2] 许和勇，叶正寅，孙勇军.一种新型颤振激励系统的数值计算研究[J].飞行力学，2006，24（2）：93-96
　　作者简介
　　刘鹏，男，工学学士，工程师，研究方向：强度声学试飞。长期从事强度及声学专业的研发及表明符合性试飞方法研究，并执行飞行任务。曾赴南非试飞员学院进行为期一年的试飞工程师专业培训。