SX2202飞机的横侧向扰动运动及影响动稳定性的因素

飞机受到外界扰动,产生的横侧向扰动运动是以上三种典型模态的简单叠加而成。在扰动运动初期,以滚转运动模态为主,扰动运动后期,以螺旋运动模态为主,而介于前后两阶段之间的振荡模态是荷兰滚运动。

飞机的侧向静稳定性和方向静稳定性大小比例搭配,对飞机横侧向动稳定性有着重要的影响。为了保证飞机同时具有螺旋和荷兰滚模态的稳定性,必须使飞机的侧向静稳定性和方向静稳定性保持适当的比例。

影响飞机侧向静稳定性的主要构造参数是机翼的上反角和后掠角,而后掠角是保证飞机能达到最大飞行速度所确定的,所以可通过改变机翼上反角来调整飞机的侧向静稳定性。影响方向静稳定性的主要结构参数是垂尾的面积及到飞机重心力臂的长度。当力臂确定后,可以通过改变垂尾的面积来调节飞机的方向静稳定性。

大型高速运输机,因为机身较长,绕立轴转动的惯性增加,增大了飞机的方向静不稳定性。飞行速度提高,又使垂尾对方向静稳定性的贡献明显减少,从而使飞机的方向静稳定性减小。相比之下,飞机侧向静稳定性显得过大,这对荷兰滚模态的稳定性是不利的,使大型高速飞机易出现不稳定的荷兰滚运动。为了防止这一现象发生,除了在飞机构造上采取一些措施外,还可采用偏航阻尼器等装置。偏航阻尼器安装在方向舵操纵系统中,它感受飞机绕立轴转动的偏航速率中的高频信号,对飞机的快速偏航运动起阻尼作用,从而改善飞机的横侧向动稳定性。

偏转副翼对飞机进行侧向操纵

对飞机的侧向操纵是通过偏转副翼来完成的。副翼是指安装在机翼后缘转轴上的小操纵面(见图4-22)。副翼的偏转角用ax表示。规定右侧副翼向下偏,左侧副翼向上偏时,εx为正值。根据驾驶员的生理习惯,正常的操作动作是:驾驶员向左扳动驾驶杆(或向左转驾驶盘),左机翼上的副翼向上偏转,右机翼上的副翼向下偏转(ai>o),左机翼的升力减小,右机翼的升力增加,两机翼上的不对称升力产生的力矩使飞机向左滚转(甄<0)(见图4-23)。如果向右扳动驾驶杆,产生的运动与上述情况正好相反。侧向操纵时,副翼偏转角εx与所产生的力矩″x的符号相反。

飞机上的增升装置和操纵面,偏转副翼引起的有害偏航,偏转副翼不仅产生滚转力矩,也会产生偏航力矩,偏航力矩值虽然比较小,但对飞机的操纵不利,被称为有害偏航。

有害偏航的产生主要是由于副翼上、下偏转时,不但机翼的升力发生变化,左右不对称;机翼的阻力也发生变化,左右不对称的阻力产生偏航力矩。比如,将驾驶杆向左扳动,左侧副翼向上偏转,左侧机翼的升力减小,伴随升力产生的诱导阻力也就减小了,使左侧机翼总阻力减小;右侧副翼向下偏转,右侧机翼的升力增加,伴随升力产生的诱导阻力也就增加了,使右侧机翼总的阻力增加。这样,右机翼的阻力大于左机翼阻力。阻力发生变化的部位又靠近机翼翼梢处,到飞机对称面的力臂较长,于是就产生了足够使飞机绕立轴0yt向右偏转的偏航力矩。这种偏航力矩的出现造成两个不利的影响:一个是飞机绕立轴向右偏转,出现左侧滑b,由于飞机的侧向静稳定性,'侧滑产生的滚转力矩使飞机向右滚转,这与向左扳动驾驶杆,使飞机向左滚转的操纵目的相反,减少了向左滚转的操纵力矩,从而降低了副翼的操纵效率。另一个不利的影响是,向左扳动驾驶杆,使飞机向左滚转,是为了使飞机向左进人盘旋,但两翼阻力不等产生的偏航力矩却使飞机机头向右偏转,这对飞机的水平转弯操纵也不利。综合以上两点,偏转副翼引起的偏航力矩是有害的。

为了克服有害偏航,可采用差动副翼。差动副翼是指对于驾驶杆的同一行程,副翼上偏角度大于下偏角度的副翼,如图4-23所示。这种副翼是通过在副翼上偏一侧机翼上产生较大的废阻力,去平衡另工侧机翼上的过大的诱导阻力,来消除有害偏航。

这种副翼是将副的转轴由副翼的前缘向后移,并安排在副翼的下表面。这样,副翼向下偏转时,即使达到最大偏转角,副翼的前缘也不会露出机翼的上表面;而当副翼向上偏转时,即使偏转很小的角度,副翼的前缘也会露出机翼的下表面,产生较大的废阻力,去平衡副翼下偏一侧较大的诱导阻力,消除副翼偏转产生的有害偏航。使用弗来兹副翼的飞机(MD-82),副翼上下偏转角度是相等的。

副翼操纵的失效和反逆问题,飞行中,由于机翼弹性变形(扭转变形)的影响,副翼完全丧失作用或产生相反作用.

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