CN108163183B - 一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法，所述方法通过副翼一个接头固定舵机转动副翼翼面，另一接头铰接的位置根据来流速度或攻角调整不同的位置，以提高翼面的连接刚度，使翼面载荷重新分布，以及减小翼面弹性变形，以提高副翼的操纵效率，本发明可以在不增加操纵机构的情况下避免上述情况，同时减少成本；将机翼‑副翼连接采用二接头连接，其中一接头位置变化，接头接没接触采用继电器控制；根据飞行工况的不同，采用机翼‑副翼接头位置变化，以改变机翼‑副翼连接(支持)刚度使翼面载荷重新(优)分布，同时，还减少了副翼变形，提高副翼操纵效率。

Description

一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法。
背景技术
副翼是安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动翼面(参见图1)，是飞机的主操作舵面，通过操纵副翼，使其产生滚转力矩，即可实现飞机做横滚机动。副翼配平即为副翼控制系统增加配平功能，以此获得在副翼操纵过程中减轻飞行员操作负担，改善飞行性能之目的。它的主要功能是控制飞机机身围绕纵轴旋转，从而实现飞机的横滚。左右副翼对称地安装在左右机翼上，其偏转是由驾驶员控制的。左右两个副翼总是差动偏转，即一个向上偏，一个向下偏。左副翼上偏时，右副翼向下偏。这样，左右机翼升力不等而构成一个使飞机向左滚转的力矩。反之，就会产生使飞机向右滚转的力矩。
飞机在飞行过程中，由于侧风等因素的影响，飞机整体气动力不平衡，飞机会出现自动滚转的现象，为了维持飞机平飞，飞机要实现一定的滚转速度或要制止滚转，都需要由副翼差动来提供必要的平衡力矩。
副翼如果安装在机翼内侧，一般叫高速副翼。飞机在高速飞行时，由于气流速度高，在副翼偏转同样角度时，造成的力矩也就更大。副翼与机翼连接通常采用两个以上的副翼接头与机翼相连。连接的副翼接头中，至少应有一个接头是沿展向固定的，其余的接头为一个或多个。有些大型飞机(如B2)采用了分段的副翼，它的每一段都独立地连接在机翼后缘的支架上，而各段的翼梁则用可以传递扭矩的万向接头或铰接接头连接起来。高速副翼由于气流速度高，操纵的力增大，且副翼结构靠近翼根刚度也加强，但是，滚转力臂小，故控制平衡力矩的增加有所抵消。
常规的副翼置于机翼的外侧，翼展长而翼弦短，大攻角或来流速度高时，操纵面容易变形较大，以致出现副翼反效问题，故调整翼面结构的尺寸，提高副翼的刚度，但会增加副翼的重量；也可采用多接头固定的副翼，在飞行中如果机翼变形，也会使副翼转轴的轴线变弯，而影响操纵的灵活性，甚至发生卡滞现象。大型运输机采用分段副翼，增加了加工制造的程序，且多一套操纵机构，除了设计复杂外，还多一份重量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法，所述方法通过副翼一个接头固定舵机转动副翼翼面，另一接头铰接的位置根据来流速度或攻角调整不同的位置，以提高翼面的连接刚度，使翼面载荷重新分布，以及减小翼面弹性变形，以提高副翼的操纵效率；
进一步地，所述副翼的操纵效率定义如下：
Figure GDA0001637911370000021
式中：Cl为飞机滚转力矩系数；δa为副翼偏角；下标e表示弹性，下标r表示刚性；
进一步地，所述方法包括：
S1：针对不同的飞行工况，选择副翼舵机接头，再选择机翼-副翼铰接接头的可能位置；
S2：建立机翼、副翼有限元模型以及相应的气动模型，设置来流速度、空气密度和相应的气动参数，并设置耦合气动和结构网格；
S3：进行不同副翼-机翼不同连接点的有限元方案的静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率，从中找到最优；
S4：飞机在空中飞行时，通过继电器接头开关，根据不同的工况，选择连接机翼-副翼不同的连接接头；
进一步地，S3中所述的静气弹配平包括试验数据的引入修正；
进一步地，所述S1具体为将机翼结构离散为多个一维和二维单元，机翼与副翼或后襟连接采用固支和铰支连接，并建立材料和单元特性；
进一步地，所述S2具体为建立机翼、副翼和后襟的气动网格，并与结构相对应的网格耦合；定义副翼转轴和操作舵面；
进一步地，所述S3具体为定义来流速度及空气密度，副翼偏角，进行机翼、副翼静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率；
进一步地，所述S4具体为采用三种工况，重复上面3个步骤，根据不同的机翼与副翼连接位置，可以得到不同的操纵效率；
本发明的有益效果如下：
1)常规机翼-副翼连接采用多点连接，虽增加了副翼翼面的刚度，但有可能使副翼转轴的轴线变弯，出现卡滞现象；本发明采用两点连接，避免了此现象的发生，同时，通过其中一个机翼-副翼连接点位置变化，以改变连接(支持)刚度来减少副翼变形以及实现翼面载荷重新分布，从而提高副翼操纵效率；
2)大型飞机多段副翼可以避免副翼转轴的轴线变弯而出现操纵卡滞现象，增加一套操纵机构势必会增加加工成本，而本发明可以在不增加操纵机构的情况下避免上述情况，同时减少成本；
3)常规改善副翼反效操作的方法是提高副翼翼面的刚度，即增加副翼的结构尺寸，这样也就造成了结构重量的增加，而本申请只改变机翼-副翼连接接头的连接位置，提高机翼-副翼的连接刚度，改善副翼支持刚度，防止副翼反效；
4)将机翼-副翼连接采用二接头连接，其中一接头位置变化，接头接没接触采用继电器控制；
5)根据不同的来流工况以及相应副翼偏角，采用不同的机翼-副翼连接位置，以提高副翼操纵效率；
6)根据飞行工况的不同，采用机翼-副翼接头位置变化，以改变机翼-副翼连接(支持)刚度使翼面载荷重新(优)分布，同时，还减少了副翼变形，提高副翼操纵效率；
7)与改变副翼的尺寸提高副翼刚度来防止副翼反效比较，改变机翼-副翼连接接头的连接位置来增加刚度的方法，是一种较轻便的副翼设计；
8)机翼-副翼接头采用变换的两点式连接，提高了操纵的灵活性，避免了卡滞现象。
附图说明
图1为本发明背景技术中所述副翼位置图；
图2为本发明所述机翼-副翼连接位置图；
图3为本发明所述机翼有限元模型；
图4为本发明所述机翼、副翼和后襟的气动网格图；
图5为本发明所述工况一机翼-副翼连接示意图；
图6为本发明所述工况二机翼-副翼连接示意图；
图7为本发明所述工况三机翼-副翼连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
如图1-图7所示，本发明提供一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法，
本发明提供一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法，所述方法通过副翼一个接头固定舵机转动副翼翼面，另一接头铰接的位置根据来流速度或攻角调整不同的位置，以提高翼面的连接刚度，使翼面载荷重新分布，以及减小翼面弹性变形，以提高副翼的操纵效率，所述副翼的操纵效率定义如下：
Figure GDA0001637911370000061
式中：Cl为飞机滚转力矩系数；δa为副翼偏角；下标e表示弹性，下标r表示刚性。
所述方法包括：
S1：针对不同的飞行工况，选择副翼舵机接头，再选择机翼-副翼铰接接头的可能位置；图2中(O)处为机翼-副翼可能的连接位置,；
S2：建立机翼、副翼有限元模型以及相应的气动模型，设置来流速度、空气密度和相应的气动参数，并设置耦合气动和结构网格；
S3：进行不同副翼-机翼不同连接点的有限元方案的静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率，从中找到最优；
S4：飞机在空中飞行时，通过继电器接头开关，根据不同的工况，选择连接机翼-副翼不同的连接接头；
S3中所述的静气弹配平包括试验数据的引入修正，所述S1具体为将机翼结构离散为多个一维和二维单元，机翼与副翼或后襟连接采用固支和铰支连接，并建立材料和单元特性，图3为机翼有限元模型，如图4所示，所述S2具体为建立机翼、副翼和后襟的气动网格，并与结构相对应的网格耦合；定义副翼转轴和操作舵面，所述S3具体为定义来流速度及空气密度，副翼偏角，进行机翼、副翼静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率，所述S4具体为采用三种工况，重复上面3个步骤，根据不同的机翼与副翼连接位置，可以得到不同的操纵效率。
实施例1：工况一
采用上述方法，在此不再赘述，具体布置方案如图5所示。
实施例2：工况二
采用上述方法，在此不再赘述，具体布置方案如图6所示。
实施例3：工况三：
采用上述方法，在此不再赘述，具体布置方案如图7所示。
三种工况的不同操纵效率参见下表：
表1操纵效率对比表
工况 操作效率η(％)
一 34.58
二 88.29
三 71.25
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于副翼连接接头位置变化的操纵效率提高的方法，其特征在于，所述方法通过副翼一个接头固定连接在舵机转动副翼翼面，另一接头铰接的位置根据来流速度或攻角调整不同的位置，以提高翼面的连接刚度，使翼面载荷重新分布，以及减小翼面弹性变形，以提高副翼的操纵效率，所述副翼的操纵效率定义如下：
Figure FDA0002679504400000011
式中：Cl为飞机滚转力矩系数；δa为副翼偏角；下标e表示弹性，下标r表示刚性系数；
所述方法包括：
S1：针对不同的飞行工况，选择副翼舵机接头，再选择机翼-副翼连接接头的可能位置；
S2：建立机翼、副翼有限元模型以及相应的气动模型，设置来流速度、空气密度和相应的气动参数，并设置耦合气动和结构网格；
S3：进行副翼-机翼不同连接接头的有限元方案的静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率，从中找到最优；
S4：飞机在空中飞行时，通过继电器接头开关，根据不同的工况，选择连接机翼-副翼不同的连接接头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中所述的静气弹配平包括试验数据的引入修正。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S1具体为将机翼结构离散为多个一维和二维单元，机翼与副翼或后襟连接采用固支和铰支连接，并建立材料和单元特性。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2具体为建立机翼、副翼和后襟的气动网格，并与结构相对应的网格耦合；定义副翼转轴和操作舵面。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3具体为定义来流速度及空气密度，副翼偏角，进行机翼、副翼静气弹配平；得到副翼刚性面与弹性面的载荷及力矩，计算副翼操作效率。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S4具体为采用三种工况，重复上面3个步骤，根据不同的机翼与副翼连接位置，可以得到不同的操纵效率。
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