副翼偏轉(zhuǎn)對(duì)副翼受載的影響

劉敬禮

中國飛行試驗(yàn)研究院飛機(jī)所

副翼偏轉(zhuǎn)對(duì)副翼受載的影響

劉敬禮

中國飛行試驗(yàn)研究院飛機(jī)所

常規(guī)布局飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)是依靠副翼的差動(dòng)偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，為此必須考慮各種滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)狀態(tài)下副翼的嚴(yán)重受載情況。通過對(duì)副翼進(jìn)行多種角度的載荷地面校準(zhǔn)試驗(yàn)，來研究副翼偏度對(duì)副翼載荷方程系數(shù)的影響，并將其應(yīng)用于飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測(cè)副翼偏度對(duì)飛行載荷的影響。

某型機(jī)在高空超音速下，做常規(guī)對(duì)稱拉起動(dòng)作（左右升降副翼下偏21.2°），法向過載達(dá)到6.0，左壓桿滾轉(zhuǎn)改出時(shí)，左側(cè)內(nèi)副翼接頭發(fā)生斷裂。在該型飛機(jī)的改進(jìn)型進(jìn)行飛行驗(yàn)證前，特意做了多偏度的副翼載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)，以期發(fā)現(xiàn)偏度對(duì)載荷方程系數(shù)的影響，并用于分析滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)副翼偏度對(duì)副翼受載的影響。

應(yīng)變改裝

某型機(jī)機(jī)翼后緣帶升降副翼，兼作升降舵和副翼用，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的俯仰和滾轉(zhuǎn)操作。內(nèi)、外側(cè)升降副翼偏度（垂直于轉(zhuǎn)軸）±30°，后緣上偏為負(fù)，后緣下偏為正。內(nèi)、外側(cè)升降副翼分別通過三對(duì)耳片式懸掛接頭與機(jī)翼相連。升降副翼下翼面，安裝有與作動(dòng)器相連的操縱支座。在飛機(jī)內(nèi)、外側(cè)升降副翼操縱支座上分別加裝4路應(yīng)變計(jì)電橋，彎矩電橋3路，剪力電橋1路，用來測(cè)量內(nèi)外升降副翼所受的鉸鏈力矩，電橋1、2、3、4、3B位于（左、右）內(nèi)升降副翼上，電橋5、6、7、8，7B位于（左、右）外升降副翼上，其中電橋2、6為剪力電橋，其余為彎矩電橋。見應(yīng)變改裝示意圖1。

校準(zhǔn)試驗(yàn)

內(nèi)、外升降副翼載荷方程系數(shù)

內(nèi)、外升降副翼上各有四個(gè)加載點(diǎn)，加載點(diǎn)位置見圖2和圖3。載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)內(nèi)、外升降副翼分0°、－25°、+25°三種偏度進(jìn)行。采取臺(tái)階的方式進(jìn)行加載和卸載，進(jìn)行兩次加卸載以驗(yàn)證應(yīng)變響應(yīng)的重復(fù)性。

載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)內(nèi)升降副翼加載時(shí)，應(yīng)變1的響應(yīng)很小接近零；外升降副翼加載時(shí)，外升降副翼上相似位置處應(yīng)變片5響應(yīng)也很小。在真實(shí)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)中應(yīng)變片1、5響應(yīng)也很小。

分析載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅選取一個(gè)應(yīng)變電橋建立載荷方程時(shí)，內(nèi)升降副翼選取應(yīng)變4，外升降副翼選取應(yīng)變片8。三種偏度下、四個(gè)加載點(diǎn)分別加載時(shí)。將同一偏度下，對(duì)四個(gè)加載點(diǎn)先后加載的響應(yīng)和載荷合為一個(gè)，進(jìn)行計(jì)算得到如下的載荷方程系數(shù)對(duì)比圖4，發(fā)現(xiàn)副翼偏度在下偏時(shí)，方程系數(shù)變化較小；偏度在上偏時(shí)，方程系數(shù)變化較大。

圖1 內(nèi)、外副翼應(yīng)變改裝示意圖

圖2 內(nèi)副翼加載點(diǎn)示意

圖3 外副翼加載點(diǎn)示意

結(jié)論

升降副翼載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)中，考慮到副翼加載接觸面為復(fù)合材料，將校準(zhǔn)載荷普遍施加到其限制載荷的11%～12%。通過對(duì)載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論：

1）當(dāng)升降副翼偏度從下偏到零偏再到上偏這三種狀態(tài)變化，選擇一個(gè)應(yīng)變電橋建立載荷方程時(shí)，其方程系數(shù)是呈增大趨勢(shì)變化，且上偏段的斜率大于下偏段的斜率；

2）左外副翼與右外副翼系數(shù)有明顯差異，究其原因可能是貼片質(zhì)量引起的；

3）當(dāng)時(shí)間和人力受限不足以進(jìn)行多偏度校準(zhǔn)時(shí)，可考慮僅校準(zhǔn)最安全、最保守的上偏角度（－25°），但是這樣做卻給后續(xù)的飛行載荷預(yù)測(cè)帶來較大的誤差。

圖4 三種偏度下，升降副翼載荷方程系數(shù)對(duì)比圖

圖5 Hp=3Km，Ma=0.95，常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)時(shí)，三種偏度下左升降副翼的預(yù)測(cè)載荷和偏度的關(guān)系

圖6 Hp =8km，Ma=0.8，常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)，副翼載荷

圖7 常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)時(shí)，副翼上的實(shí)測(cè)載荷

飛行數(shù)據(jù)

滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)是通過操縱內(nèi)、外升降副翼的差動(dòng)偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，且同一側(cè)的內(nèi)、外升降副翼偏轉(zhuǎn)相同角度，滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)是以向右滾轉(zhuǎn)為正，此時(shí)左升降副翼下偏右升降副翼上偏。分析載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)內(nèi)、外升降副翼建立載荷方程。將三種偏度下計(jì)算得到的載荷方程結(jié)合實(shí)際飛行的應(yīng)變響應(yīng)，來預(yù)測(cè)飛行中副翼受到的鉸鏈力矩，并分析三種偏度下的預(yù)測(cè)誤差。分析常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)的飛行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知：

1）滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)，左側(cè)內(nèi)、外升降副翼的載荷曲線與左副翼偏度曲線變化趨勢(shì)大致相同，如圖5所示。右側(cè)內(nèi)、外升降副翼的載荷曲線與右副翼偏度曲線變化趨勢(shì)大致相同；

2）副翼偏度設(shè)計(jì)值是±30°，飛行中使用偏度為±13°，而載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)做了+25°、0°和－25°三種角度。僅憑現(xiàn)有偏度的載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)建立載荷方程來評(píng)估副翼受載是不夠的，其誤差是很大的，見圖5。當(dāng)副翼下偏時(shí)，以0°校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得到的方程進(jìn)行載荷預(yù)測(cè)是最安全、最保守的；副翼上偏時(shí)，以－25°校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得到的方程進(jìn)行載荷預(yù)測(cè)是最安全、最保守的。考慮較少偏度校準(zhǔn)帶來的預(yù)測(cè)誤差，建議在時(shí)間和人力許可的情況下，對(duì)副翼進(jìn)行多偏度的載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)；

3）在飛行中，發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)中，左（右）內(nèi)、外副翼上承受的載荷是有可能同時(shí)達(dá)到極大載荷值，這種情況將嚴(yán)重考驗(yàn)副翼受載，如圖6所示。

4）對(duì)常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)來說，同一高度下，速度越大，升降副翼承受的載荷越大；同一速度下，高度越大，升降副翼承受的載荷越小，這跟飛行理論分析是一致的。見圖7為右側(cè)滾轉(zhuǎn)計(jì)算結(jié)果。

結(jié)語

飛行試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)，副翼上的載荷曲線與副翼偏角曲線變化趨勢(shì)是相似的；

副翼偏度從下偏到零偏再到上偏，在這三種狀態(tài)下，其載荷方程系數(shù)是呈增大趨勢(shì)變化的；

考慮到僅校準(zhǔn)三種偏度帶來的載荷預(yù)測(cè)誤差，建議對(duì)副翼進(jìn)行多偏度（大于5種角度）載荷校準(zhǔn)，以便能對(duì)載荷方程系數(shù)進(jìn)行插值，進(jìn)而使計(jì)算值能更準(zhǔn)確的接近飛行中的實(shí)際載荷值。

劉敬禮（1982- ）男，山東臨朐人，工程師，現(xiàn)從事飛機(jī)載荷測(cè)量工作。