CN115649424B - 一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于飞机操纵性稳定性设计领域，为一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，通过手动配置涡桨飞机起飞方向舵的预置偏度，并判断是否落入偏度绿带范围内，这样在飞机在起飞过程中不需要蹬舵即可抵消滑流导致的飞机偏航，飞行员可以专注进行飞行操作，可以减轻涡桨飞机在起飞过程中飞行员的操纵负担，同时避免了起飞过程中一直蹬舵导致的前轮轮胎磨损；同时设置告警模块，能够在手动预置偏度未落入偏度绿带范围时，及时告警，提示飞行员返航，从而有效保证飞行安全。

Description

一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法
技术领域
本申请属于飞机操纵性稳定性设计领域，特别涉及一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法。
背景技术
双发螺旋桨飞机的螺旋桨滑流不仅影响水平尾翼上的绕流从而影响纵向的操稳特性，而且影响到飞机的航向操稳特性。
如图1的第①部分所示，假设在双发涡轮螺旋桨飞机上，左、右机翼上安装的发动机的螺旋桨具有相同的旋转方向，即从机尾向机头看都是顺时针旋转（顺航向右旋）。图中的第②部分表示在没有螺旋桨滑流影响下的机翼升力分布的情况，这时左右机翼上的升力分布是对称的。第③部分表示由于螺旋桨滑流的影响，空气流速增加、压力升高，致使受滑流影响的机翼上的升力增加。仅仅考虑滑流的增速影响，左右机翼上的升力分布仍然是对称的。第④部分表示由于滑流旋转的影响，左右机翼上的升力分布不再对称。在右机翼上，在螺旋桨叶片向上运动的一侧（内侧），当地气流迎角增加，产生很大的附加升力，所形成的局部大升力梯度在该点产生强后缘涡，进而在后缘涡面上方的流场中诱导出强烈的横向流动。显然，右侧螺旋桨在垂尾上产生的横向流动强，而左侧螺旋桨在垂尾上产生的横向流动弱，见图1中第⑤、⑥部分。当两台发动机都正常工作时，在零侧滑角，作用在垂尾上的横流相互叠加、抵消，总的效应是存在自左向右的横流，使飞机的机头左偏，这时需要蹬右舵才能使飞机平衡。
由于螺旋桨滑流的影响，涡桨飞机在起飞过程中，需要飞行员蹬一定的脚蹬产生一定的方向舵偏度来克服滑流导致的飞机偏航，加重了飞行员的操作负担。同时由于起飞过程中蹬舵导致起落架前轮一直有一小的偏角，加剧了前轮轮胎磨损。
发明内容
本申请的目的是提供了一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，以解决现有技术中需要飞行员主动操作来克服滑流导致的飞机偏航，加重飞行员操作负担的问题。
本申请的技术方案是：一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，包括：确定涡桨飞机起飞方向舵的手动预置偏度，并在飞机起飞滑跑前手动输入该预置偏度，通过方向舵配平操作控制方向舵偏转；设置涡桨飞机起飞方向舵预置的偏度绿带范围，飞控系统实时采集方向舵偏置信息，并发送至显示屏上，判断是否落入偏度绿带范围内，若是，则预置偏度完成。
优选地，还设置有告警模块，所述告警模块的控制方法为：设置告警阈值，飞控系统获取方向舵偏置信息并发送至告警模块内，告警模块将方向舵偏置信息与偏度绿带范围信息进行比对，获得预置差值，若预置差值与告警阈值进行对比，若超过告警阈值的范围，则进行告警。
优选地，涡桨飞机起飞方向舵预置偏度绿带范围和告警阈值选取起飞方向舵自动预置偏度±0.5°。
优选地，选取飞机离地时刻平衡飞机航向所需要的方向舵偏度的70%作为起飞方向舵手动预置偏度。
优选地，所述偏度绿带范围设置的方法为：设置绿带模型，所述绿带模型包括数值节点表和可移动指针，所述绿带模型实时接收飞控系统采集的方向舵偏置信息，并根据偏置信息中偏置角度的大小确定数值节点表中与偏置角度的大小对应的数值节点，在确定完成该数值节点后，建立该数值节点与可移动指针的对应关系，发送至显示屏上。
本申请的一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，通过手动配置涡桨飞机起飞方向舵的预置偏度，并判断是否落入偏度绿带范围内，这样在飞机在起飞过程中不需要蹬舵即可抵消滑流导致的飞机偏航，飞行员可以专注进行飞行操作，可以减轻涡桨飞机在起飞过程中飞行员的操纵负担，同时避免了起飞过程中一直蹬舵导致的前轮轮胎磨损；同时设置告警模块，能够在手动预置偏度未落入偏度绿带范围时，及时告警，提示飞行员返航，从而有效保证飞行安全。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1中的①为背景技术中双发涡轮螺旋桨飞机左右机翼旋向结构示意图；②为没有螺旋桨滑流影响下的机翼升力分布情况示意图；③为仅受到螺旋桨增速影响后的机翼升力分布影响情况示意图；④为受到滑流旋转影响后的机翼升力分布影响情况示意图；⑤为受到滑流影响后的垂尾流动结构示意图；⑥为垂尾上形成的横流流动结构示意图；
图2为本申请某涡桨飞机起飞方向偏度随时间变化的曲线图；
图3为本申请整体流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，对于双发螺旋桨右旋的涡桨飞机，由于滑流的影响导致飞机的机头左偏，这时需要蹬右舵才能使飞机平衡，图2为某涡桨飞机起飞方向舵偏度随时间的变化曲线，其中横向为时间，纵向为方向舵偏度，其中第520秒飞机起飞离地，飞机起飞滑跑时，飞行员需要蹬右舵来克服滑流产生的左偏力矩，最大蹬舵量产生的方向舵偏度为-2.5°，飞机离地时右蹬舵产生的方向舵偏度约1.6°，随着飞行速度的增加，由于拉力系数的减少和方向舵偏航力矩的增加，需要飞行员右蹬舵产生的方向舵偏度在降低。
飞机离地的静态航向力矩平衡公式近似如下：
式中，为侧滑角产生的偏航力矩，为滑流产生的偏航力矩，为方向舵产生的偏航力矩。由以上公式可知，对于双发右旋螺旋桨的飞机，如果起飞离地后飞行员不蹬舵操作，动力会使飞机左偏，产生一正侧滑角来平衡，如果要消除侧滑和偏航，需要右蹬舵来平衡动力产生的偏航力矩。为了不需要右蹬舵即可平衡偏航力矩，如图3所示，本申请采用的具体方法包括：
步骤S100，确定涡桨飞机起飞方向舵的手动预置偏度，并在飞机起飞滑跑前手动输入该预置偏度，通过方向舵配平操作控制方向舵偏转；
优选地，选取飞机离地时刻平衡飞机航向所需要的方向舵偏度的70%作为起飞方向舵手动预置偏度，由于飞机滑行以及离地后速度在变化导致拉力系数也在变，因此平衡航向所需的方向舵偏度在逐渐降低，考虑到起飞方向舵阈值偏度主要是用来部分减轻飞行员负担，同时要兼顾一定速度区间内预置合适偏度，因此根据经验选取飞机离地时刻平衡飞行航向所需要的方向舵偏度的70%作为起飞方向舵手动预置偏度。
例如：某涡桨飞机离地时刻平衡飞机航向所需要的方向舵偏度为-1.6°，因此确定了该飞机起飞方向舵手动预置偏度为-1.1°。
步骤S200，设置涡桨飞机起飞方向舵预置的偏度绿带范围，飞控系统实时采集方向舵偏置信息，并发送至显示屏上，判断是否落入偏度绿带范围内，若是，则预置偏度完成。
起飞方向舵手动预置偏度由飞行员在起飞滑跑前手动输入，因此需要在显示屏中给出预置偏度绿带范围。通过提前控制方向舵偏转设计角度，而后通过方向舵配合操作控制方向舵偏转，使得方向舵偏度值能够达到偏度绿带范围。
优选地，偏度绿带范围设置的方法为：在飞控系统的某一主机上设置绿带模型，绿带模型包括数值节点表和可移动指针，绿带模型实时接收飞控系统采集的方向舵偏置信息，并根据偏置信息中偏置角度的大小确定数值节点表中与偏置角度的大小对应的数值节点，在确定完成该数值节点后，建立该数值节点与可移动指针的对应关系，发送至显示屏上。通过观察显示屏，能够准确判断出飞行员手动输入的预置偏度所能达到的在偏度绿带范围内的位置，以获知调节是否准确。
优选地，为了防止系统出现非指令错误信号，在飞控系统的某一主机上设置告警模块，告警模块的控制方法为：设置告警阈值，飞控系统获取方向舵偏置信息并发送至告警模块内，告警模块将方向舵偏置信息与偏度绿带范围信息进行比对，获得预置差值，若预置差值与告警阈值进行对比，若超过告警阈值的范围，则进行告警。
在发生告警时，能够及时提醒飞行员终止本次飞行，以免发生危险。
涡桨飞机起飞方向舵预置偏度绿带范围和告警阈值选取起飞方向舵自动预置偏度±0.5°，以能够充分考虑人工偏转操纵面精度以及对飞行安全的影响。
本申请通过手动配置涡桨飞机起飞方向舵的预置偏度，并判断是否落入偏度绿带范围内，这样在飞机在起飞过程中不需要蹬舵即可抵消滑流导致的飞机偏航，飞行员可以专注进行飞行操作，可以减轻涡桨飞机在起飞过程中飞行员的操纵负担，同时避免了起飞过程中一直蹬舵导致的前轮轮胎磨损；同时设置告警模块，能够在手动预置偏度未落入偏度绿带范围时，及时告警，提示飞行员返航，从而有效保证飞行安全。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，其特征在于，包括：
确定涡桨飞机起飞方向舵的手动预置偏度，并在飞机起飞滑跑前手动输入该预置偏度，通过方向舵配平操作控制方向舵偏转；
设置涡桨飞机起飞方向舵预置的偏度绿带范围，飞控系统实时采集方向舵偏置信息，并发送至显示屏上，并判断是否落入偏度绿带范围内，若是，则预置偏度完成；
所述偏度绿带范围设置的方法为：设置绿带模型，所述绿带模型包括数值节点表和可移动指针，所述绿带模型实时接收飞控系统采集的方向舵偏置信息，并根据偏置信息中偏置角度的大小确定数值节点表中与偏置角度的大小对应的数值节点，在确定完成该数值节点后，建立该数值节点与可移动指针的对应关系，发送至显示屏上。
2.如权利要求1所述的涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，其特征在于，还设置有告警模块，所述告警模块的控制方法为：设置告警阈值，飞控系统获取方向舵偏置信息并发送至告警模块内，告警模块将方向舵偏置信息与绿带范围信息进行比对，获得预置差值，若预置差值与告警阈值进行对比，若超过告警阈值的范围，则进行告警。
3.如权利要求2所述的涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，其特征在于：涡桨飞机起飞方向舵预置偏度绿带范围和告警范围选取起飞方向舵自动预置偏度±0.5°。
4.如权利要求1所述的涡桨飞机起飞方向舵手动预置偏度设计方法，其特征在于：选取飞机离地时刻平衡飞机航向所需要的方向舵偏度的70％作为起飞方向舵手动预置偏度。
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