渦扇和渦槳類飛機操縱性穩(wěn)定性試飛對比分析研究

惠少輝，肖 恒

(中國飛行試驗研究院，陜西 西安710089)

渦槳和渦扇發(fā)動機表面上看雖然只是兩種不同的發(fā)動機形式，但裝上飛機后，其流動特性與飛機舵面產(chǎn)生的耦合，帶來了兩種不同的飛機響應(yīng)和特性。文章將對渦扇和渦槳類飛機的氣動特性差異、條款要求差異、科目試飛差異、操縱特性差異等四個方面進(jìn)行對比分析，從氣動-試飛的角度詮釋產(chǎn)生差異的原因和由此帶來的試飛差異。

1 氣動特性和布局差異對比分析

相比于渦扇類飛機，渦槳類飛機具有發(fā)動機滑流影響大、發(fā)動機進(jìn)動效應(yīng)影響大等特點，特別對于翼尾近距耦合的渦槳類飛機，其縱向呈現(xiàn)強烈非線性氣動特性，螺旋槳滑流與橫航向操縱舵面存在復(fù)雜的氣動干擾，這導(dǎo)致渦扇和渦槳類飛機在操穩(wěn)試飛上有很大不同。表1為渦槳飛機的特點及影響因素。圖1至圖4所示為典型渦槳類飛機氣動特性曲線。

圖1 不同拉力系數(shù)下的升力系數(shù)曲線

圖4 不同拉力系數(shù)下全機俯仰力矩曲線

表1 渦槳飛機的特點及影響因素

2 條款要求對比分析

在CCAR25部中，關(guān)于渦扇類和渦槳類飛機的操穩(wěn)有不同的條款要求，這些條款的不同也是由于操穩(wěn)特性的不同導(dǎo)致的，表2羅列了CCAR25部B分部中對渦槳類飛機和渦扇類飛機的不同條款要求。

表2 渦扇類和渦槳類飛機的操穩(wěn)條款要求

圖2 不同拉力系數(shù)下的阻力系數(shù)曲線

圖3 不同拉力系數(shù)下的全機升阻比曲線

3 科目試飛方法對比分析

選取具有典型差異的科目試飛方法和操縱進(jìn)行對比分析。

3.1 縱向靜/動穩(wěn)定性

渦槳類飛機：在大功率下可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，需要重點考核大功率情況下的穩(wěn)定性。

渦扇類飛機：發(fā)動機功率對縱向穩(wěn)定性影響不大。

3.2 空中最小操縱速度

渦槳類飛機：需要考慮發(fā)動機臨界發(fā)動機的不同狀態(tài)，即臨界發(fā)動機處于空慢、停車順槳兩種狀態(tài)。

渦扇類飛機：臨界發(fā)動機停車。

3.3 速度急劇改變時的操縱力

渦槳類飛機：在大功率下升降舵偏度對速度變化的梯度可能為負(fù)，需要重點考核大功率情況下的梯度。

渦扇類飛機：一般情況下梯度為正。

3.4 失速特性

渦槳類飛機：發(fā)動機功率對失速特性影響大，需考慮采用循序漸進(jìn)的過程由小功率到大功率進(jìn)行試驗，甚至到起飛推力。

渦扇類飛機：發(fā)動機功率對失速特性的影響相對較小。

4 正常操縱特性對比分析

4.1 航向配平

渦槳類飛機：受發(fā)動機進(jìn)動效應(yīng)和滑流雙重影響，發(fā)動機功率變化后航向需重新配平，大大加重飛行員的操縱負(fù)擔(dān)。

渦扇類飛機：發(fā)動機功率對航向影響小。

4.2 起飛及起飛配平

渦槳類飛機：發(fā)動機滑流導(dǎo)致飛機在地面中速滑行時即出現(xiàn)抬頭趨勢，在達(dá)到起飛抬前輪速度VR之前，需要飛行員持續(xù)頂桿飛行，同時起飛配平的位置也抵消了一部分抬頭力矩。

渦扇類飛機：發(fā)動力對起飛抬頭力矩影響小。

4.3 著陸

渦槳類飛機：著陸后需對渦槳解除限動，可以大大減小著陸距離。

渦扇類飛機：著陸后可操縱發(fā)動機手柄至反推位減小著陸距離。

5 結(jié)束語

文章通過翔實的氣動數(shù)據(jù)作為支撐，通過分析條款的差異，引出在科目執(zhí)行時方法的不同和正常操縱特性的差異，詳細(xì)分析了渦扇類飛機和渦槳類飛機在操縱特性上的差異。