民機操縱舵面漂浮角度工程估算方法

金利云+王磊

【摘 要】本文介紹了民用飛機操縱舵面鉸鏈力矩產生的原理，提出了一種舵面漂浮角度工程估算方法，為舵面故障下的品質評估提供必要的輸入。

【關鍵詞】舵面漂浮角度；鉸鏈力矩；民用飛機

【Abstract】The mechanism of control surface hinge moment for civil airplane are introduced. An engineering estimating method of control surface floating angle is proposed， which provides necessary input for handling quality estimation of control surface failure.

【Key words】Control surface floating angle； Hinge moment； Civil airplane

0 引言

飛機的操縱舵面故障下，飛機的操縱性會受到影響，甚至影響飛行的安全[1]，因此舵面故障下的飛行品質評估顯得尤為重要。操縱面故障通常有漂浮、損壞和卡死等[1]。舵面漂浮后，主要受到氣動力、重力和摩擦力等，最終舵面平衡在一個漂浮角度。而操縱舵面的漂浮角度是該舵面故障飛行品質分析的重要輸入。

流過舵面的氣流，在舵面上作用氣動力，并對舵軸形成空氣力矩。這個空氣力矩就是舵面的鉸鏈力矩。工程上，舵面鉸鏈力矩通常可以通過風洞試驗或者數值計算得到[2]。鉸鏈力矩是舵面漂浮角度估算的重要輸入。

本文介紹了民用飛機鉸鏈力矩的原理和舵面漂浮角度估算的重要性，提出了一種舵面漂浮角度工程估算方法，為舵面故障下的飛行品質計算提供必要的輸入。

1 操縱舵面鉸鏈力矩

操縱舵面的鉸鏈力矩是作用在操縱面上的氣動力對鉸鏈軸線的力矩，隨飛機的飛行狀態改變，與速壓成正比。執行機構克服舵軸上的鉸鏈力矩，使得舵面偏轉到目標位置。

在民機詳細設計階段，操縱舵面鉸鏈力矩系數通常由風洞試驗獲得。如圖1，以副翼為例，在固定的馬赫數，固定的構型下，不同迎角下，可以查到副翼不同偏度對應不同的鉸鏈力矩系數。

2 操縱舵面漂浮角度估算方法

2.1 操縱舵面漂浮角度估算公式

民用飛機操縱舵面漂浮故障一般指作動器失效后，操縱機構不能操縱舵面，舵面失去控制，處于自由狀態，可運動至氣動載荷引起的鉸鏈力矩與重力力矩平衡的位置。運動過程中的舵面，主要承受氣動力、重力、摩擦力（可忽略不計）以及作動器的阻尼力矩（如作動器無阻尼模式，則忽略不計）。繞操縱面舵軸的動力學方程如下所示：

2.2 操縱舵面漂浮角度估算方法

（1）基于MATLAB SIMULINK平臺搭建計算程序，

（2）設置仿真初值，即輸入故障發生時舵面角度，

（3）根據2.1估算公式迭代計算，

（4）仿真結束：舵面運動到新的平衡狀態，此時舵面角加速度為零，舵面角速度為零。

3 操縱舵面漂浮角度估算示例

按照上述估算方法，以副翼為例，給出某馬赫數，巡航構型，副翼漂浮角度隨迎角變化的曲線，如圖2所示。

4 結論

本文詳盡地介紹了一種民用飛機操縱舵面漂浮角度工程估算方法，綜合考慮氣動力、重力和作動器阻尼的影響，作為舵面故障下飛行品質計算的重要輸入，供操穩工作者參考。

【參考文獻】

[1]黃成濤，王立新.多操縱面飛翼構型飛機舵面故障在線診斷方法[J].航空學報，2011（01）：58.

[2]陳曉東.大飛機舵面鉸鏈力矩數值計算解決方案[C].中國航空學會2007年學術年會，氣動專題：48.

[責任編輯：朱麗娜]