CN114001861A - 一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞机设计技术领域，公开了一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，根据最终确定的气、水动外形重新设计、加工全机动力模型；引入相关参数，包含需要验证的重量、重心前后限、速度范围、升降舵偏度范围、姿态角、发动机拉力范围；根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则；通过采用舵偏干扰法并结合施加低头干扰法的方法进行稳定试验；将试验结果绘制成图表格式，根据稳定性判定准则对模型运动状态进行稳定性判定；最终筛选出不稳定状态，对不稳定状态进行分析与取舍，对重量重心前后限进行最终确定，修正水面飞行的重量重心包线。相对于现有的技术，能比较准确的确定水面飞行器在水上飞行时比较稳定的重量重心前后限，不会在后期试验试飞时造成较大的安全事故。

Description

一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法

技术领域

本发明属于飞机设计技术领域，涉及一种水上飞行器的水上飞行方法，具体涉及一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法。

背景技术

陆上飞机的重量重心前后限一般为考虑内部装载、操稳限制、载荷限制、起落架位置限制等确定出的重量重心前后限，其限制相对考虑内容比较少，并且一般可以通过前期的计算分析确定出，在方案初期还可以考虑类似机型的包线进行确定。水面飞行器水面飞行时，会因为自然环境、飞机姿态、气水动特性的影响，当滑行姿态超过一定范围时飞机会发生危险的“海豚运动”，严重影响飞行安全。水面飞行器水上飞行的重心前后限一般需要通过模型的水上试验来确定其稳定的边界以及稳定的姿态。从而可以进一步确定水面飞行器的安全的重量重心包线。目前国内外没有关于水面飞行器的重心前后限确定方法公开。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，填补了陆上飞机重量重心包线在水面可能不适用的缺点，完善了水陆两栖飞机重量重心包线的设计方法，增加了水陆两栖飞机在水面试飞、运营的安全性和可靠性；，通过该方法可以提取飞机试验参数，制作试验模型，选定试验场地进行试验，能准确的确定飞行器水上飞行时稳定的重量重心前后限。

本发明所采用的技术方案是：

一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法。该方法包括以下步骤：

第一、根据最终确定的气、水动外形重新设计、加工全机动力模型；

第二、引入相关参数，包含需要验证的重量、重心前后限、速度范围、升降舵偏度范围、姿态角、发动机拉力范围；

第三、根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则；

第四、通过采用舵偏干扰法并结合施加低头干扰法的方法进行稳定试验；

第五、将试验结果绘制成图表格式，根据稳定性判定准则对模型运动状态进行稳定性判定；

第六、最终筛选出不稳定状态，对不稳定状态进行分析与取舍，对重量重心前后限进行最终确定，修正水面飞行的重量重心包线。

进一步的，步骤一中，根据飞机的其他水动外形尺寸、试验场地规模和试验台架限制，制作一定缩比的试验模型，该试验模型上所有对气水动外形无影响的结构均舍去。

进一步的，步骤三中，根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则的具体方法是：将飞机的飞行特性和气水动特点作为输入条件，配置不同重量重心状态的试验模型，在输入条件下观察不同重量重心状态下测量模型的稳定性状态，记录该稳定性状态与飞行特性、气水动特点和试验模型重量重心状态之间的关系，得到稳定性判定准则。

其中，飞机的飞行特性包括飞机的抗侧风能力、抗浪高度、起飞迎角、发动机拉力特性、失速速度、空中最小操纵速度、和爬升角等与飞机飞行姿态有关的飞行特性；飞机的气水动特点包括过阻力峰速度、纵摇角、离水速度、水上最小操纵速度、水面起飞决断速度、俯仰角、和升降舵偏度值等与飞机水上飞行有关的气水动特点。

稳定性判定准则具体包括：a)模型纵摇幅值小于2°为稳定，大于2°为不稳定，等于2°为中立稳定；b)加干扰后，模型运动状态收敛为稳定，发散为不稳定，等幅运动为中立稳定。

进一步的，步骤四中的舵偏干扰法具体是一种通过改变升降舵偏度对飞机姿态实施干扰、从而增加飞机低头力矩的方法。

进一步的，步骤四中的低头干扰法具体是一种通过对模型直接增加低头力矩的方法对飞机进行干扰的方法。

进一步的，步骤四中，舵偏干扰法与低头干扰法的结合方法是：

将制作的试验模型配置出需要验证的重量以及重心位置，先通过舵偏干扰法，观察和测量该试验模型在不同速度、不同升降舵偏角条件下的运动状态和参数；若在舵偏干扰法试验获得了稳定边界，则在舵偏干扰法试验获得的稳定边界上使用低头干扰法对模型边界进行验证，观察和测量模型的运动状态是否在稳定边界上继续保持。

本发明的有益效果是：

1、相对于现有的技术，能比较准确的确定水面飞行器在水上飞行时比较稳定的重量重心前后限，不会在后期试验试飞时造成较大的安全事故；

2、本发明确定的重量重心前后限比较准确，在外形不发生较大更改的前提下后期不会对重量重心前后限产生影响。

3、本发明中的判定准则采用的是比常用准则相对严格的纵摇角限制，能更好的保护飞行的安全；

4、本发明中采用先不干扰、再采用舵偏干扰法、最后采用低头干扰法，符合飞行员在水上飞行时常用的操作方法。

5、本发明从根本上解决了初步设计阶段无法确定水面飞行器重量重心包线的缺点；

6、本发明减少了水面飞行器后期试验试飞阶段的工作量，降低了使用真实飞机获取试飞参数的风险，提高了飞机研制的进度。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

第一、根据飞机的气水动外形尺寸、试验场地规模、试验台架的限制，必要情况下可舍弃飞机上部分对试验无影响的细节设计，制作出一定缩比的试验模型；

第二、引入相关参数，包含需要验证的重量、重心前后限、前期计算出的水面飞行的速度范围、升降舵偏度范围、姿态角、发动机拉力范围；

第三、为保证水面飞行器水面飞行时的安全性和舒适性，在设计和使用中避免出现跳跃和幅值过大的纵摇，需要根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则。

第四、将制作的模型配置出需要验证的重量以及重心位置，通过舵偏干扰法，观察和测量模型在不同速度、不同升降舵偏角条件下的运动状态和参数；

第五、再根据试验情况，在舵偏干扰法试验获得的稳定边界上使用低头干扰对模型边界进行验证；

第六、将试验结果绘制成图标格式，根据稳定性判定准则对模型运动状态进行稳定性判定；

第七、最终筛选出不稳定状态，对不稳定状态进行分析与取舍，对重量重心前后限进行最终确定，修正水面飞行的重量重心包线。

具体步骤可以如下：

一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法：

第一、根据飞机的气水动外形尺寸、试验场地规模、试验台架的限制，必要情况下可舍弃飞机上部分对试验无影响的细节设计，制作出一定缩比的试验模型；

第二、引入相关参数，包含需要验证的重量、重心前后限、前期计算出的水面飞行的速度范围、升降舵偏度范围、姿态角、发动机拉力范围；

第三、为保证水面飞行器水面飞行时的安全性和舒适性，在设计和使用中避免出现跳跃和幅值过大的纵摇，需要根据飞机的抗侧风能力、抗浪高度、起飞迎角、发动机拉力特性、失速速度、空中最小操纵速度、爬升角等飞行特性以及过阻力峰速度、纵摇角、离水速度、水上最小操纵速度、水面起飞决断速度、俯仰角、升降舵偏度值等气水动特点确定稳定性判定准则。稳定性判定准则为：配置出不同重量重心状态的模型，在不同拉力状态、不同速度、不同升降舵偏度、不同模型姿态角、不同干扰方法下观察模型的稳定性状态a)模型纵摇幅值小于2°为稳定，大于2°为不稳定，等于2°为中立稳定；b)加干扰后，模型运动状态收敛为稳定，发散为不稳定，等幅运动为中立稳定。

第四、将制作的模型配置出需要验证的重量以及重心位置，通过舵偏干扰法，观察和测量模型在不同速度、不同升降舵偏角条件下的运动状态和参数；舵偏干扰法即通过改变升降舵偏度对飞机姿态实施干扰，增加飞机低头力矩的一种方法。

第五、再根据试验情况，在舵偏干扰法试验获得的稳定边界上使用低头干扰法对模型边界进行验证；低头干扰法即通过对模型直接增加低头力矩的方法对飞机进行干扰。

第六、将试验结果绘制成图表格式，根据稳定性判定准则对模型运动状态进行稳定性判定；

第七、最终筛选出不稳定状态，对不稳定状态进行分析与取舍(例如：当小重量前重心状态不施加干扰的情况下出现少数几种不稳定状态，施加干扰后不稳定状态变多且不稳定边界更严重时筛除掉该重量重心状态。再例如：最大重量中间重心状态在不施加干扰的情况下，飞机姿态角为上边界时出现较大范围的不稳定状态，需要对该重量重心状态增加限制条件降低该重量重心状态飞行时的姿态角。再例如：全部重量状态的最后重心均出现不稳定状态，则需要将全部重量状态下的最后重心前移，前移重量重心后限。)，对重量重心前后限进行最终确定，修正水面飞行的重量重心包线。

以上所揭露的仅为本发明的优选实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，以此依据本发明申请专利范围所做的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一、根据最终确定的气、水动外形重新设计、加工全机动力模型；

第二、引入相关参数，包含需要验证的重量、重心前后限、速度范围、升降舵偏度范围、姿态角、发动机拉力范围；

第三、根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则；

第四、通过采用舵偏干扰法并结合施加低头干扰法的方法进行稳定试验；

第五、将试验结果绘制成图表格式，根据稳定性判定准则对模型运动状态进行稳定性判定；

第六、最终筛选出不稳定状态，对不稳定状态进行分析与取舍，对重量重心前后限进行最终确定，修正水面飞行的重量重心包线。

2.根据权利要求1所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，步骤一中，根据飞机的其他水动外形尺寸、试验场地规模和试验台架限制，制作一定缩比的试验模型，该试验模型上所有对气水动外形无影响的结构均舍去。

3.根据权利要求1所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，步骤三中，根据飞机的飞行特性以及气水动特点确定稳定性判定准则的具体方法是：将飞机的飞行特性和气水动特点作为输入条件，配置不同重量重心状态的试验模型，在输入条件下观察不同重量重心状态下测量模型的稳定性状态，记录该稳定性状态与飞行特性、气水动特点和试验模型重量重心状态之间的关系，得到稳定性判定准则。

4.根据权利要求3所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，飞机的飞行特性包括飞机的抗侧风能力、抗浪高度、起飞迎角、发动机拉力特性、失速速度、空中最小操纵速度、和爬升角等与飞机飞行姿态有关的飞行特性；飞机的气水动特点包括过阻力峰速度、纵摇角、离水速度、水上最小操纵速度、水面起飞决断速度、俯仰角、和升降舵偏度值等与飞机水上飞行有关的气水动特点。

5.根据权利要求3所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，稳定性判定准则具体包括：a)模型纵摇幅值小于2°为稳定，大于2°为不稳定，等于2°为中立稳定；b)加干扰后，模型运动状态收敛为稳定，发散为不稳定，等幅运动为中立稳定。

6.根据权利要求1所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，步骤四中的舵偏干扰法具体是一种通过改变升降舵偏度对飞机姿态实施干扰、从而增加飞机低头力矩的方法。

7.根据权利要求6所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，步骤四中的低头干扰法具体是一种通过对模型直接增加低头力矩的方法对飞机进行干扰的方法。

8.根据权利要求7所述的一种确定水面飞行器水上飞行重心前后限的方法，其特征在于，步骤四中，舵偏干扰法与低头干扰法的结合方法是：

将制作的试验模型配置出需要验证的重量以及重心位置，先通过舵偏干扰法，观察和测量该试验模型在不同速度、不同升降舵偏角条件下的运动状态和参数；若在舵偏干扰法试验获得了稳定边界，则在舵偏干扰法试验获得的稳定边界上使用低头干扰法对模型边界进行验证，观察和测量模型的运动状态是否在稳定边界上继续保持。