副翼偏转对副翼受载的影响

刘敬礼

中国飞行试验研究院飞机所

副翼偏转对副翼受载的影响

刘敬礼

中国飞行试验研究院飞机所

常规布局飞机的滚转机动是依靠副翼的差动偏转实现的，为此必须考虑各种滚转机动状态下副翼的严重受载情况。通过对副翼进行多种角度的载荷地面校准试验，来研究副翼偏度对副翼载荷方程系数的影响，并将其应用于飞行试验数据的分析，预测副翼偏度对飞行载荷的影响。

某型机在高空超音速下，做常规对称拉起动作（左右升降副翼下偏21.2°），法向过载达到6.0，左压杆滚转改出时，左侧内副翼接头发生断裂。在该型飞机的改进型进行飞行验证前，特意做了多偏度的副翼载荷校准试验，以期发现偏度对载荷方程系数的影响，并用于分析滚转机动副翼偏度对副翼受载的影响。

应变改装

某型机机翼后缘带升降副翼，兼作升降舵和副翼用，以实现飞机的俯仰和滚转操作。内、外侧升降副翼偏度（垂直于转轴）±30°，后缘上偏为负，后缘下偏为正。内、外侧升降副翼分别通过三对耳片式悬挂接头与机翼相连。升降副翼下翼面，安装有与作动器相连的操纵支座。在飞机内、外侧升降副翼操纵支座上分别加装4路应变计电桥，弯矩电桥3路，剪力电桥1路，用来测量内外升降副翼所受的铰链力矩，电桥1、2、3、4、3B位于（左、右）内升降副翼上，电桥5、6、7、8，7B位于（左、右）外升降副翼上，其中电桥2、6为剪力电桥，其余为弯矩电桥。见应变改装示意图1。

校准试验

内、外升降副翼载荷方程系数

内、外升降副翼上各有四个加载点，加载点位置见图2和图3。载荷校准试验时内、外升降副翼分0°、－25°、+25°三种偏度进行。采取台阶的方式进行加载和卸载，进行两次加卸载以验证应变响应的重复性。

载荷校准试验中发现内升降副翼加载时，应变1的响应很小接近零；外升降副翼加载时，外升降副翼上相似位置处应变片5响应也很小。在真实飞行试验数据中应变片1、5响应也很小。

分析载荷校准试验数据，仅选取一个应变电桥建立载荷方程时，内升降副翼选取应变4，外升降副翼选取应变片8。三种偏度下、四个加载点分别加载时。将同一偏度下，对四个加载点先后加载的响应和载荷合为一个，进行计算得到如下的载荷方程系数对比图4，发现副翼偏度在下偏时，方程系数变化较小；偏度在上偏时，方程系数变化较大。

图1 内、外副翼应变改装示意图

图2 内副翼加载点示意

图3 外副翼加载点示意

结论

升降副翼载荷校准试验中，考虑到副翼加载接触面为复合材料，将校准载荷普遍施加到其限制载荷的11%～12%。通过对载荷校准数据的分析，得到以下结论：

1）当升降副翼偏度从下偏到零偏再到上偏这三种状态变化，选择一个应变电桥建立载荷方程时，其方程系数是呈增大趋势变化，且上偏段的斜率大于下偏段的斜率；

2）左外副翼与右外副翼系数有明显差异，究其原因可能是贴片质量引起的；

3）当时间和人力受限不足以进行多偏度校准时，可考虑仅校准最安全、最保守的上偏角度（－25°），但是这样做却给后续的飞行载荷预测带来较大的误差。

图4 三种偏度下，升降副翼载荷方程系数对比图

图5 Hp=3Km，Ma=0.95，常规非协调360°滚转时，三种偏度下左升降副翼的预测载荷和偏度的关系

图6 Hp =8km，Ma=0.8，常规非协调360°滚转，副翼载荷

图7 常规非协调360°滚转时，副翼上的实测载荷

飞行数据

滚转机动是通过操纵内、外升降副翼的差动偏转来实现，且同一侧的内、外升降副翼偏转相同角度，滚转机动是以向右滚转为正，此时左升降副翼下偏右升降副翼上偏。分析载荷校准数据，分别对内、外升降副翼建立载荷方程。将三种偏度下计算得到的载荷方程结合实际飞行的应变响应，来预测飞行中副翼受到的铰链力矩，并分析三种偏度下的预测误差。分析常规非协调360°滚转机动的飞行实验数据得知：

1）滚转机动时，左侧内、外升降副翼的载荷曲线与左副翼偏度曲线变化趋势大致相同，如图5所示。右侧内、外升降副翼的载荷曲线与右副翼偏度曲线变化趋势大致相同；

2）副翼偏度设计值是±30°，飞行中使用偏度为±13°，而载荷校准试验做了+25°、0°和－25°三种角度。仅凭现有偏度的载荷校准数据建立载荷方程来评估副翼受载是不够的，其误差是很大的，见图5。当副翼下偏时，以0°校准数据得到的方程进行载荷预测是最安全、最保守的；副翼上偏时，以－25°校准数据得到的方程进行载荷预测是最安全、最保守的。考虑较少偏度校准带来的预测误差，建议在时间和人力许可的情况下，对副翼进行多偏度的载荷校准试验；

3）在飞行中，发现在同一个滚转机动中，左（右）内、外副翼上承受的载荷是有可能同时达到极大载荷值，这种情况将严重考验副翼受载，如图6所示。

4）对常规非协调360°滚转来说，同一高度下，速度越大，升降副翼承受的载荷越大；同一速度下，高度越大，升降副翼承受的载荷越小，这跟飞行理论分析是一致的。见图7为右侧滚转计算结果。

结语

飞行试验中发现滚转机动时，副翼上的载荷曲线与副翼偏角曲线变化趋势是相似的；

副翼偏度从下偏到零偏再到上偏，在这三种状态下，其载荷方程系数是呈增大趋势变化的；

考虑到仅校准三种偏度带来的载荷预测误差，建议对副翼进行多偏度（大于5种角度）载荷校准，以便能对载荷方程系数进行插值，进而使计算值能更准确的接近飞行中的实际载荷值。

刘敬礼（1982- ）男，山东临朐人，工程师，现从事飞机载荷测量工作。