三發V尾無副翼控制體系飛行器的研發

王天誠 武耀罡 柳燦

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714017

摘要：本飛行器是一種V尾布局的飛行器，尤其是3顆發動機與V尾混合控制的飛行器。主要是通過機翼兩端外置的發動機和V尾對飛行器進行控制，該控制方式主要是由雙副發動機（安放在機翼1/3處和2/3處）差速提供偏航力矩，機翼上反角提供滾轉自修正力矩及V尾提供滾裝力矩及升降力矩。該方式與普通布局飛行器及v尾布局飛行器最大的不同在于該飛行器不需要副翼提供滾轉力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解決了V尾飛行器無偏航舵面的缺點和普通布局飛行器控制機構及舵面復雜的缺點。

關鍵詞：發動機；飛行器；無副翼；V尾

1 技術背景

小型飛機（翼展315米）的機翼氣動扭轉載荷一直是飛機結構設計的重點，當飛機偏轉副翼滾轉時，若飛機在滿載的情況下，升力邊產生的巨大升力差在使飛機滾轉的同時也帶來巨大的扭轉載荷，可能造成機翼的氣彈發散（因扭轉載荷過大而引起的機翼變形），嚴重時甚至會造成副翼失效或反效等危險狀況。這就要求大翼載荷的小型飛行器的機翼扭轉剛度較高，或者使用其他的控制方式對其飛行器進行滾轉控制。

2 設計方案

本飛行器主要是通過機翼兩端外置的發動機和V尾對飛行器進行控制，提出了一種新型控制理念。該控制方式主要是由雙副發動機（安放在機翼1/3處和2/3處）差速提供偏航力矩，機翼上反角提供滾轉自修正力矩及V尾提供滾裝力矩及升降力矩。該方式與普通布局飛行器及v尾布局飛行器最大的不同在于該飛行器不需要副翼提供滾轉力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解決了V尾飛行器無偏航舵面的缺點，普通布局飛行器控制機構及舵面復雜的缺點。

作為優選，所述的飛行器的3顆發動機均為力效（拉力與輸入功率的比值）超過10的高效電動機，其主發動機位于飛機機頭部位，其推力占總推力的2/3，其位于機翼1/3處和2/3處的兩臺副發動機推力占總推力的1/3。這樣的動力分配能效最大化，占用體積小。兩臺推力較小的發動機放在機翼1/3處和2/3處，在保證偏轉力矩的前提下將主推力放在機頭部位保證了整機穩定性。

作為優選，所述的機翼布局為兩段上反式，上反的位置是機翼的1/3處和和2/3處，上反角度在810度。上反的面積展總機翼面積的75%±2%。這使樣的設計正好可以抵消飛機因偏航產生的滾轉力矩。

作為優選，所述的V尾投影面積占機翼面積的16.6%，本飛行器使用的V尾布局為倒置V尾，張角為108度。所述V型尾翼包括安定面和舵面，舵面占V尾面積的1/3。較大的V尾面積和舵面面積在控制飛機升降和修正滾轉時有較好的效果。當兩個舵面交錯擺動時，起到控制飛行器滾轉的效果，功能相似于副翼；當兩個舵面同向上下擺動時，起到控制飛行器俯仰的效果，此時為升降舵。該舵面可混合控制，既為升降舵，又差動控制滾裝，在本設計中，飛行器擁有自修正滾轉的能力，故該尾翼控制滾轉為輔助功能，主要功能為升降舵。

3 結語

因此，本飛行器具有布局新穎，簡單實用，制造簡單等特點，尤其是為現在的小型飛行器提出一種新的設計思路，能夠使飛行器在無副翼的情況下使用V尾滾轉，差速偏航。因而在設計某些特殊飛行器式可以使用。

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