第１０期李林等：大展弦比飞翼构型的横航向操纵特性１１８７
操纵面，如图１所示，分别为开裂式方向舵、内升降副翼、外升降副翼以及海狸尾状俯仰操纵面．
图１Ｆｗ—Ｈ飞翼构型
大展弦比飞翼构型大多采用与Ｆｗ—Ｈ类似的操纵面配置方式，即开裂式方向舵和多组升降副翼组合．开裂式方向舵主要用于偏航操纵；多组升降副翼中的每块均可单独作动偏转，用于俯仰和滚转操纵；海狸尾状俯仰操纵面起俯仰轴修正操纵作用，其与升降副翼共同构成阵风减缓系统（驾驶员通常无权限控制），使飞机在低空飞行时保持平稳．
１．１开裂式方向舵
开裂式方向舵属于阻力类方向舵，左右两组舵面可单独使用．通过一侧舵面的上下两片向外偏转张开，在机翼外段产生附加阻力，这样飞机两侧的不对称阻力通过力臂产生所需的偏航力矩．开裂式方向舵偏角艿锄以上片的上偏角度为准．为方便与常规飞机的方向舵进行比较，进一步规定开裂式方向舵偏角６湖以左侧偏转为正、右侧偏转为负，且开裂式方向舵作偏航控制时不能两侧一起偏转；这样舵偏角艿湖为正时将产生负的偏航力矩以。。，与常规方向舵的偏角定义类似．以Ｆｗ．Ｈ构型为例，开裂式方向舵上片偏转范围为［Ｏ，９０。］，因此６。。。范围为［一９０。，９０。］．针对ＦＷ－Ｈ飞翼构型的ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）计算结果表明，阻力、侧力、偏航力矩与６铫近似成线性关系，而升力、俯仰力矩和滚转力矩则随６伽增大而明显非线性变化，尤其是在２０。≤艿咖≤４０。区间…．
与小展弦比飞翼构型上常用的全动翼尖、嵌入面等新型偏航操纵面相比，开裂式方向舵具有如下特点：
１）偏转对升力影响相对较小，因此对滚转力矩、俯仰力矩影响较小，三轴耦合效应没有全动翼尖和嵌入面强烈；
２）偏转对侧力和偏航力矩的影响基本不随迎角变化而变化；
３）在高速段会由于铰链力矩太大而减弱其操纵效能，因此更适用于大展弦比构型以及厚度较大的亚音速机翼，如Ｂ．２飞翼式隐身轰炸机等‘２｜；
４）除进行偏航操纵之外，在着陆进场时也可作为减速板使用．此时左右两组舵面同时打开，而且上下两片的打开角度均为９０。．
１．２升降副翼
升降副翼在飞翼构型上应用很广，其左右两侧等角度同向偏转时相当于升降舵，反向偏转时相当于副翼．
相关ＣＦＤ计算结果表明，ＦＷ—Ｈ飞翼构型内、外两组升降副翼的滚转操纵效能相差不大，而外升降副翼的俯仰操纵效能比内升降副翼要大很多．由于大展弦比飞翼构型机身较短，导致纵向操纵力臂也较短，为保证足够的俯仰操纵效能，在高速大动压的情形下通常偏转外升降副翼进行俯仰控制，而在低速小动压的情形下需要内升降副翼协同偏转参与操纵；相对而言，大展弦比飞翼构型对机动性要求较低，因此滚转操纵通常可由内、外升降副翼中的一组单独完成．在本文的研究中，为方便与常规飞机进行对比，滚转操纵主要由内升降副翼完成，而俯仰操纵主要由外升降副翼完成．内升降副翼偏角定义与常规副翼类似，６。。以左侧后缘上偏、右侧后缘下偏为正，且６。。范围为［一２５ｏ，２５０］；外升降副翼偏角定义与常规升降舵类似，６。。以左右两侧后缘等角度下偏为正，６。。范围为［一２５。，２５。］．
２开裂式方向舵与常规方向舵对比
２．１偏航力矩产生机理对比
常规方向舵属于侧力类舵面，其偏转产生的偏航力矩由侧力和舵面气动力作用点与飞机重心间的距离相乘而得；开裂式方向舵属于阻力类舵面，其偏转产生的偏航力矩主要由飞机左右两侧的阻力差值和舵面气动力作用点与飞机对称面间的距离相乘而得．由图２可以看出，适当加大机翼翼展或舵面铰链轴的后掠程度，都可以在基本不影响阻力增量的前提下扩大偏航操纵效能．
２．２滚转力矩产生机理对比
无论侧力类还是阻力类舵面，在进行偏航操纵时都会产生附加的滚转力矩，但二者产生滚转力矩的机理也不同．如图３所示，常规方向舵产生的滚转力矩由侧力和舵面气动力作用点与飞机重心间的高度差相乘而得；开裂式方向舵产生的滚转力矩由偏转产生的不对称升力和舵面气动力作用点与飞机重心间的展向距离相乘而得．
在中小迎角下，ＦＷ—Ｈ飞翼偏转开裂式方向
舵总是引起升力减小，因此开裂式方向舵正偏转
１１８８北京航空航天大学学报２００７年
ｂ阻力类方向舵
图２侧力、阻力类舵面偏航力矩产生机理对比
ｂ阻力类方向舵
图３侧力、阻力类舵面滚转力矩产生机理对比
产生的滚转力矩与常规方向舵正偏转产生的滚转力矩方向正好相反（图３），这意味着此时Ｆｗ—Ｈ构型不存在常规飞机上可能出现的“蹬舵反倾斜”现象，其滚转一偏航协调性更好．
２．３操纵效能对比
常规方向舵偏转范围通常为［一３００，３００］，偏转产生的最大偏航力矩系数通常为０．０５量级；开裂式方向舵的偏转范围为［一９０。，９０。］，偏转产生的最大偏航力矩系数通常为０．０１量级旧１，因此开裂式方向舵的偏航操纵效能相对较低．
３操纵效能及操纵规律分析
常规飞机的方向舵主要完成两大功能¨“１：保持定常侧滑、不对称情形下的航向配平；与横向操纵机构协调进行机动．飞翼构型取消了垂尾和方向舵，其本体呈航向轻微静不稳定且航向阻尼非常小，因此开裂式方向舵还要参与反馈，从而改善飞翼构型的闭环航向动稳定性尤其是荷兰滚模态特性，导致其实际偏转规律更加复杂．为便于对比分析，此处暂不考虑飞机的闭环操纵，而主要研究飞翼本体的横航向操纵特性．
为简化表达，在下文中统一用下标“Ｄ”、“０”和“Ｉ”分别代表开裂式方向舵、内升降副翼和外升降副翼，而用下标“ｅ”、“ａ”和“ｒ”分别代表常规升降舵、副翼和方向舵．
３．１配平能力分析
３．１．１稳定侧滑配平能力分析
稳定侧滑配平能力主要体现在小速度阶段抵御侧风的能力，要求航向操纵机构及横向操纵机构具有足够的操纵效能来平衡小于１５ｍ／ｓ的正侧风¨１．
当侧滑角口确定时，开裂式方向舵和内升降副翼的舵偏角可以表示为口的函数
¨蕞毒每
６。＝嚣譬每
对于飞翼构型，通常满足ＩＣ帕
Ｃ培。Ｉ《ＩＣＪｌ占。Ｉ，ＩＣ蛳Ｉ》ｌＣ慨Ｉ及ＩＣＪ；Ｂ
此式（１）和式（２）可近似为
６。一一．净
一Ｃ叩。
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（１）
（２）
Ｉ《Ｉ
Ｃ坫ｌＩ，
＞ＩＣ相Ｉ，因
（３）
（４）表ｌ给出了Ｆｗ．Ｈ飞翼构型与常规的波音７４７关于侧滑配平能力的对比结果．
表ｌ侧滑配平能力对比
飞翼构型由于航向静不稳定，导致其操纵面的偏航力矩作用方向与常规飞机相反，即增加飞机的航向静稳定力矩，避免飞机向侧滑角增大的方向偏转，因此开裂式方向舵偏角和常规方向舵偏角符号相反．
大展弦比飞翼构型的航向静不稳定度非常小，接近中立静稳定，因此实现侧滑配平所需的开裂式方向舵偏角相对常规方向舵小很多．３．１．２不对称情形配平能力分析
不对称情形主要包括不对称外挂、结构不对称或故障后不对称、发动机单发失效等．假设不对称的偏航力矩系数为ｃ…，当卢和Ｃ。。。确定时，内
升降副翼和开裂式方向舵的偏角可表示为｜８和
大展弦比飞翼构型的横航向操纵特性
作者：李林， 马超， 王立新， Li Lin， Ma Chao， Wang Lixin
作者单位：北京航空航天大学,航空科学与工程学院,北京,100083
刊名：
北京航空航天大学学报
英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS
年，卷(期)：2007,33(10)
被引用次数：4次
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/d8738275.html,/Periodical_bjhkhtdxxb200710014.aspx