李波 李文龙 马小伟
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司
摘要:Anti-trim tab是一种特殊的配平系统，本文对系统设计要求进行了分析，对系统组成进行了介绍，对运动机构设计方案进行了详细论述。
关键词:配平系统；机构设计；梯形螺纹传动机构
1系统设计要求
某小型飞机升降舵调整片操纵方式采用机械操纵，系统设计要求包括：
a.采用人工机械式操纵，使用软式操纵钢索作为主要运动传递零件。
b.在无驾驶员操作升降舵调整片时，调整片应跟随着升降舵舵面的偏转而同向偏转，即升降舵上偏时，调整片跟随上偏；升降舵下偏时，调整片跟随下偏；调整片跟随偏转角度在1～2倍的升降舵舵面偏角范围内；升降舵舵面上偏25°，下偏10°。
c.驾驶员单独操纵升降舵调整片时，调整片的偏角为±15°，允许2°的公差。
该型调整片是一种特殊类型的调整片，不同于引言中所述的调整片。其同时具有随动和配平两种功能，相当于随动调整片和配平调整片的集合。该种类型的调整片也被称为Anti-trim tab，即反补偿调整片。
2系统组成
Anti-trim tab操纵系统主要由驾驶舱手轮、钢索组件、滑轮支架组件、作动器组件（梯形螺纹传动机构）、拉杆、Anti-trim tab摇臂组成。
根据总体布局和系统设计方案，初步规划各零组件在机上安装位置和钢索走向布局。选择合适的位置布置作动器组件，从而实现系统功能。
2.1驾驶舱手轮
驾驶舱手轮布置在中央操纵台上，安装位置靠近机身对称中心面，更好满足正副驾驶员都能容易操作的要求。
2.2钢索组件和滑轮支架组件
钢索走向和滑轮组件的布局属于常规布局，钢索绕在驾驶舱手轮上，沿中央操纵台内部通道经过机身各框向后敷设，在8框处，钢索转向向上敷设，穿过9框、10框后，与作动器组件上的梯形螺纹传动轮相连。
2.3Anti-trim tab摇臂
Anti-trim tab摇臂与Anti-trim tab之间采用了铆接的连接形式，摇臂有效半径（Anti-trim tab转轴到摇臂连接拉杆的铰链点之间的长度）在设计过程中根据空间结构进行调整，以获得满意的结果。
2.4Anti-trim tab运动机构设计
Anti-trim tab有随动功能和配平功能的双重需求。在设计过程中，先根据Anti-trim tab随动功能的指标，选择Anti-trim tab摇臂有效半径，设计拉杆长度，以完成随动功能设计；在此基础上根据Anti-trim tab配平功能的指标、拉杆长度、驾驶舱手轮半径和转动圈数，进行作动器组件的设计，以完成配平功能设计。
3运动机构设计方案
由于驾驶舱手轮位置和直径已经确定，钢索布局和走向属于常规布局，因此本节将主要论述Anti-trim tab运动机构设计过程。按照先设计系统运动线系，后进行零件细化设计的顺序开展系统设计工作。
3.1Anti-trim tab随动功能运动机构设计（拉杆长度的选择与确定）
参考下图1所示，已经确定的设计输入为：
A点——升降舵转轴点。
B点——Anti-trim tab转轴点。
AB连线的位置变化表示了升降舵舵面的偏角变化。黑色线条表示升降舵处于中立位置；紫色线条代表升降舵上偏位置；青色线条表示升降舵处于下偏位置。C点表示Anti-trim tab摇臂与拉杆连接的铰链点。同时Anti-trim tab处于相应的随动位置。
根据Anti-trim tab的两个随动位置和中立位置，可以按照“三点画圆弧”的方法来初步确定Anti-trim tab随动中心点D以及相应的Anti-trim tab拉杆长度（即圆弧半径）。
设计过程中，需要调整优化的设计参数包括：
a：Anti-trim tab摇臂有效半径尺寸（图中为55）
b: Anti-trim tab等效摇臂与AB连线的夹角（图中为60°）
c: 升降舵下偏时，Anti-trim tab随动角度（图中为12°）
d: Anti-trim tab拉杆的长度（图中为290）
上述4个参数的选择，需要通过迭代验证，选择优化结果后确定，由a，b，c三个参数调整得到参数d，以获得比较理想的Anti-trim tab随动中心点D和升降舵上偏时Anti-trim tab的随动角度值。其中参数a，b需要考虑零件制造和安装的难易程度，约束参数c和d中的一个，将会得到另一个参数值。
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图1拉杆长度设计示意图
此时获得的D点的坐标值，精度要求比较高，需要将其进行取整或者保留小数点后一位的处理，以降低制造和装配难度。然后按照处理后的D点坐标和拉杆长度，检查Anti-trim tab随动角度的效果，并进行优化。
3.2Anti-trim tab配平功能运动机构设计（作动器组件设计）
作动器组件主要包括摇臂、支座、梯形螺纹杆、梯形螺纹传动轮等组成。根据Anti-trim tab配平功能的指标、拉杆长度来确定摇臂的转动角度。由于Anti-trim tab配平转角上偏值和下偏值相等，因此摇臂向两个方向运动时的转角应尽量调整到同一数值上，如果差别过大，应反向进行Anti-trim tab配平转角检查。
根据驾驶舱手轮半径和转动圈数，在选择梯形螺纹传动轮半径后，计算梯形螺纹传动轮的转动圈数。根据梯形螺纹的规格，计算出梯形螺纹杆的行程，根据摇臂的转角，计算出摇臂输入端的半径，并进行优化。
在图1的基础上，增加Anti-trim tab偏转15°的位置。此时，若继续采用“三点画圆弧”的方法，得到的圆弧半径与图2中的尺寸290是不一致的。因此升降舵在三个位置中的某一位置时，采取允许相应位置的Anti-trim tab的配平转角偏离15°的基准值的处理方式。
在设计工作中，首先考虑允许中立位置时Anti-trim tab配平转角偏离15°。如图2所示，用半径290的圆弧连接Anti-trim tab在两个极限位置时的端点，从而得到D点的两个新位置D1和D2。用圆弧连接D、D1、D2三个点，得到圆心E点，作为作动器组件中的摇臂转轴中心点。此时升降舵处于中立位置时，Anti-trim tab的配平转角在14°附近（图中14.12°和13.73°）。考虑到制造和装配误差，可能会导致Anti-trim tab的配平转角检查结果不满足设计指标。
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图2 Anti-trim tab配平功能设计示意图
经调整和检查，采用了升降舵中立时，Anti-trim tab的配平转角上偏14.5°，下偏15.5°；升降舵下偏时，将Anti-trim tab的配平转角设置为上偏15°，下偏15°的约束条件。在此条件下，升降舵上偏时，Anti-trim tab的配平转角略大于16度，满足设计指标要求。
4 结论
1.此设计方案满足一种Anti-trim tab开度指标需求，系统零部件在机上安装布局合理，钢索、摇臂及拉杆在运动过程中与结构、其它系统零部件间隙满足要求，经过装机验证，效果较好。
2.此次设计工作过程中，设计指标经过若干轮调整，指标要求逐步提高。系统设计输入指标，要求精度越高，在零部件设计工作中，要兼顾考虑和协调的因素就越多，对制造和装配的要求越高。
3.机械系统的设计工作，特别是机构的设计工作，存在迭代优化的过程，如何能较快选择较好的空间位置、零件尺寸，以减少不必要的迭代优化工作，需要不断积累总结。
参考文献
[1]高金源,冯华南.民用飞机飞行控制系统[M].北京航空航天大学出版社,2018:156-157
[2]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第10册[M].航空工业出版社,2000:466-467