基于副翼差动偏转的飞机增升方法和建模研究

田华

【摘 要】本文分析了飞机副翼和襟翼的异同点，以无增升装置的飞机为背景，利用左右副翼的差动偏转，实现副翼对襟翼的模拟，从而达到增升的目的。文章定性分析了差动副翼对纵向、横航向气动特性的影响，并从控制的角度定量计算了飞机差动副翼操纵时的受力和力矩的表达式，得到了小扰动线性方程。

【关键词】差动副翼；襟翼；气动特性；小扰动方程

0 引言

副翼是安装在机翼翼梢后缘外侧的可动翼面，为飞机的主操作舵面。它的主要功能是通过操纵左右副翼差动偏转产生滚转力矩，使飞机做滚转机动。襟翼是安装在机翼后缘内侧的翼面，主要功能是在飞机起飞和着陆过程中，通过绕轴向后下方偏转增加升力，减小飞机的失速速度，从而提高飞機的安全性。随着飞行器应用需求的不断拓宽，拥有高速、大飞行包线和大机动飞行性能的飞机成为当代研究的热点。考虑到气动布局及控制的复杂性，通常不配备增升装置（即襟翼），这对于高性能飞机的安全性能是一个严峻的挑战。因此，基于副翼和襟翼的相似性，可以考虑利用副翼的共模量实现襟翼的功能[1]。

1 差动副翼对纵向气动特性的影响

在起落阶段，由于副翼模拟襟翼的功能，使得飞机的构型发生了变化。在纵向上，左右副翼的共模偏转相当于非后退式襟翼的偏转，基本不改变机翼平面投影面积和局部弦长，但是改变了所在剖面的有效弯度，从而改变了翼身组合体的零升角及零升力矩系数。同时，对应一定几何迎角，气动迎角随有效弯度增加而增加，从而起到增升效果。

2 差动副翼对横航向气动特性的影响

由于左右副翼的反向偏转使机翼展向环量分布出现相反的变化量，同时还使左右翼阻力不等，从而引起了滚转和偏航力矩[2，3]。对于无差动副翼，正的舵偏角会引起负的滚转力矩和正的偏航力矩，通常为了降低对左滚操纵不利的右偏航力矩，采用上偏副翼的角度大于下偏副翼的角度（副翼共模偏转为负），即通过改变型阻削弱不利的偏航力矩作用。但为了起落时，实现增升效果、减小飞机失速速度，我们希望副翼共模偏转为正，这一动作增大了不利偏航力矩，下一节将会对此进行具体分析。

3 副翼差动操纵的小扰动线性方程

上两式中第2项均远小于第1项，因此可以简化表达式为：

综上所述，与副翼的对称操纵相比，副翼的不对称操纵使升力、阻力、俯仰力矩和偏航力矩发生了变化，则诸外力和和外力矩项的小扰动展开式可写作：

由此，飞机纵、横向小扰动方程的矩阵形式将修改为：

和

由以上分析可见，副翼的差动操纵引起升力、阻力及偏航力矩的增加，俯仰力矩的变化是根据机翼焦点与压力中心的前后位置决定的，这与1、2节分析的结果一致。

4 结束语

【参考文献】

[1]冯立好，王晋军，于东升.多操纵面无尾布局飞机横航向控制[J].北京航空航天大学学报，2010，36（9）：1038-1042.

[2]胡兆丰.飞行动力学[M].国防工业出版社，1985.

[3]方振平，陈万春，张曙光.航空飞行器飞行动力学[M].北京航空航天大学出版社，2005.

[责任编辑：田吉捷]endprint