噴水試驗機桁桿系統V形控制小翼升側力特性研究

張鋒 王磊 郝琳召

摘 要：噴水試驗機桁桿系統V形控制小翼以較少的部件實現了縱向和側向操縱桁桿系統的作用，其升力和側力特性決定著整個桁桿系統的縱側向力矩。基于某噴水試驗機所采用的V形控制小翼，通過求解N-S方程數值計算方法，研究其升力和側力隨迎角、側滑角和翼面偏轉的關系，建立V形控制小翼的力學控制方程，為噴水試驗機桁桿系統的氣動布局設計及V翼控制設計提供參考。

關鍵詞：噴水試驗機 V翼 升力 側力

中圖分類號：V211.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0037-02

The Study on Lift Lateral Force Characteristics of the V Shaped Winglet for Water Test Aircraft

Zhang Feng Wang Lei Hao Linzhao

（Modification Department， Chinese Flight Test Establishment，Xian Shanxi，710089，China）

Abstract：V shaped winglet of water test aircraft with fewer components achieves the control of the longitudinal and lateral movement of the truss rod system. Its lift and side force characteristics determines the longitudinal and lateral moment of the truss rod system. By solving the N-S equation method with numerical calculation， the paper studys the relationship between the lift and side force of the V shaped winglet and the angle of attack， sideslip and winglet， and establish the control equation of the V shaped winglet. The result can provide reference for the aerodynamic layout design of the truss rod system and the control of the V shaped winglet for water test aircraft.

Key Words：Water test aircraft；V shaped winglet；Lift；Lateral

飛機防除冰系統試飛是飛機定型試飛的關鍵難題之一，傳統的結冰試驗需要苛刻的氣象條件，嚴重影響了整個型號的試飛周期。因此，研制不受氣象條件限制，可重復使用的結冰噴水試驗機顯得尤為迫切。美國在20世紀50年代后期開始研究噴水試驗機，距今已成功應用于多種軍/民型號飛機的結冰試驗和冰風洞的驗證試驗[1]，國內對噴水試驗機的研究相對較少，目前仍沒有成熟的產品。

噴水試驗機通常以運輸機或客機作為載機，在載機機艙內加裝結冰試驗系統，在機身外圍加裝桁桿系統和控制小翼[2-3]，見圖1。V形控制小翼以較少的部件實現了縱向和側向操縱桁桿系統的作用，減小了桁桿系統的結構重量和飛行阻力[4-5]，一直以來都是國外噴水試驗機控制小翼的首選。控制小翼由于距離桁桿系統的轉軸較遠，其自身的力矩特性對桁桿系統影響較小，但升力和側力特性決定著整個桁桿系統的縱向和側向力矩。對此，針對某噴水試驗機所采用的V形控制小翼，通過求解N-S方程數值計算方法，在研究其升力和側力特性的基礎上，建立升力、側力力學方程，為噴水試驗機桁桿系統的布局設計及V翼控制提供參考。

1 計算模型

所選用計算模型為局部經修形后的桁桿與V形控制小翼布局形式，如圖2所示，桁桿剖面為直徑為240 mm的圓，V形控制小翼采用NACA64009翼型，其后掠角為28度，上反角為30°，轉軸位于25%MAC處，規定V翼前緣上偏，后緣下偏為正。

2 計算結果及分析

2.1 V形控制小翼升力特性

由圖3（a）和3（b）知，V形控制小翼在無翼面偏和負翼面偏轉時，其升力系數隨迎角呈線性變化。翼面正偏轉時，由于翼面正偏一側有效迎角的增加，導致大迎角時，翼面正偏轉側迎角大于失速迎角，升力曲線下偏，升力線斜率減小。

由圖3（c）知，V型控制小翼兩側翼面同向偏轉的升力效率約為單側翼面偏轉的2倍，這一趨勢不會隨飛行迎角的改變而變化。在小迎角時，翼面的升力效率基本為常數，隨著飛行迎角的增加，翼面偏轉側有效迎角隨之增加，對應的升力增量減小，導致大迎角時翼面效率有所減小，且迎角越大，減小越多。

由圖3（d）知，在小側滑角情況下，偏轉左、右翼面，其效率基本不變，大側滑時，左、有翼面偏轉引起的升力效率略有不同，具體表現為正側滑時，左側翼面效率隨著側滑角的增加而略有增加，右側翼面效率則略有減小；兩側翼面同向偏轉時，總的翼面效略有減小。

2.2 V形控制小翼側力特性

由圖4可知，左、右翼面單側偏轉對側力曲線的影響趨勢一致，效率反向，量級相當，同向偏轉幾乎不產生側力，迎角和側滑角對V形小翼側力效率的影響較小。

2.3 升力側力方程的建立

根據以上分析可知，V形控制小翼左、右同向偏轉可以操作桁桿系統縱向運動，差動偏轉可操作桁桿系統側向運動，參考常規布局飛機的在定常流，小迎角下的力學方程，通過拆分左、有翼面的效率，提出V翼控制小翼在定常流，小迎角下的升力側力方程（1）。

（1）

3 結語

在某噴水試驗機桁桿系統V形控制小翼升力、側力研究的基礎上，建立V形控制小翼的升力側力方程，研究表明：

（1）V形控制小翼的氣動力由左、右翼面分別產生，在原力學方程的基礎上，拆分左、右翼面的效率得到V形控制小翼的升力側力方程。

（2）在小迎角時，V形控制小翼的升力隨迎角呈線性變化，左、右翼面產生的升力基本相當，只有在大迎角時略有不同。

（3）V形控制小翼的側力隨側滑角呈線性變化，左翼面偏轉產生的側力與右翼面產生的側力符合相反，大小隨側滑角的不同略有差異，這正是可以通過V形控制小翼的差動偏轉實現桁桿系統側向運動的原因。

研究結果可為噴水試驗機桁桿系統的布局設計及V翼控制設計提供參考。

參考文獻

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