飞机飞行动力学 (9).pdf

1 随控布局和其它布局特点 同学们好！这次课程我们主要分析随控布局和其它布局形式的飞机及其主要特点。一、随控布局 随控布局技术是指依靠先进的飞行控制系统来进行飞机总体布局设计的一种技术。采用随控布局技术的飞机上，安装有各种传感器、计算机和自动控制系统。在飞行过程中，机载计算机根据飞行员的意图、飞行状态和外界气流条件等，及时发出指令信号，主动的控制各操纵面，以提高飞机的飞行性能和品质。随控布局的飞机简单来说，就是将主动控制技术应用到飞机上，通过电传操纵系统，提高飞机飞行品质的飞机。它的核心思想就是在飞机总体设计阶段，主动将飞行控制系统和气动布局、结构强度、动力装置等结合在一起进行综合设计，从而全面提高飞机的飞行性能并改善飞行品质。目前，主动控制技术主要包括放宽静稳定性、直接力控制、阵风减缓控制、乘感控制、机动载荷控制和主动颤振抑制等。（1）放宽静稳定性 放宽静稳定性是指在飞机设计中放弃传统对静稳定性要求，允许将飞机设计成欠稳定的、中立稳定的、甚至是静不稳定的，而对稳定性和操纵性之间的矛盾，借助于自动控制系统进行解决和协调。放宽静稳定性包括放宽纵向静稳定性和放宽横航向静稳定性两类。（2）机动载荷控制 机动载荷控制的基本思想是，通过改变飞机机动飞行时的载荷分布，使载荷分布更加合理，减小了机翼的结构质量和飞行阻力，提高了飞机的飞行性能。由于轰运类飞机与歼强类飞机在结构、性能及任务要求上有差异，在采取机动载荷控制技术时的目的和方法不同。（3）直接力控制 常规的升力或侧力控制都是通过控制飞机的姿态来实现的。而直接力控制则是在保证飞机某些特定的自由度不产生变化，通过一些控制面直接产生升力或侧力，使飞机做所希望的机动。这种控制可使飞机的姿态变化和轨迹变化脱离确定的关系，也使力和力矩的变化脱离关系，因而也叫解耦控制。直接力控制可以提高飞机的机动性和攻击瞄准精确度，主要分纵向直接力控制和横航向直接力控制。纵向直接力控制又分为直接升力、俯仰指向和垂直平移三种。横航向直接力控制可分为直接侧力控制、偏航指向控制和侧向平移控制三种。（4）阵风减缓与乘感控制 飞机在飞行中经常会受到阵风的影响，主要会引起过载变化，一般水平阵风对过载影响不大，而垂直阵风影响较大。垂直阵风分为恒值阵风和交变阵风两类。在交变阵风的作用下，过载会发生交变变化而产生颠簸，如果颠簸时间太长，会使乘员感到不适，并且会影响飞机结构疲劳寿命。因此，现代飞机要进行阵风减缓与乘感控制。阵风减缓控制实际上是直接力控制技术在扰动运动中的应用，目的在于减小阵风引起的法向过载增量或法向加速度。自动驾驶仪在一定程度上也能衰减阵风响应，改善飞机在扰流中的稳定性。但是，它是通过间接力控制的，以抵消阵风产生的过载。而阵风减缓控制是利用鸭翼、机动襟翼等直接力操纵面与基本舵面的协调控制来减缓阵风的作用。2 对于机身细长而挠度较大的飞机，遇到周期性阵风，机身会发生弹性振动。容易使机体结构产生疲劳损坏，使乘员感到不舒服，使飞机难于操纵，影响任务的完成，也就是产生所谓乘坐品质问题。乘感控制也叫乘坐品质控制，利用主动控制技术操纵相应的控制面偏转，产生气动结构阻尼，达到抑制飞机结构弹性振动的目的。（5）颤振主动抑制 飞机本身是一个弹性体，增稳操纵系统中的传感器所感受到的不单是飞机的刚体运动，还有飞机的弹性运动。当增稳操纵系统与飞机弹性模态耦合时，就会出现自激振动，也叫颤振。颤振是飞机上各种振动中最剧烈、最危险的振动，在飞机的飞行包线内是不允许发生的，一般要求有15%的颤振临界速度的裕度。颤振主动抑制的原理是，用传感器感受所要抑制的翼面的扭转和弯曲振动，形成控制信号以一定的控制律，通过舵机偏转一个或几个操纵面，产生有利于抑制颤振的空气动力，达到抑制颤振的目的。二、其它布局形式 飞机的气动布局形式还可根据机翼或机身情况有以下类型：（1）斜置翼布局。这也是一种变后掠翼，一个整体直机翼安装在机身上，当与机身垂直时就是无后掠形式；当机翼转动一个角度斜置于机身上时，机翼左右不对称，一侧前掠，另一侧后掠。这种布局设计变后掠机构相对简单，飞机的重心也基本保持不变。（2）X形翼布局。这种布局一般设置为两副机翼，机翼斜置交叉布置，后面部分可起到尾翼的作用。另外一种整体X形机翼/旋翼设计，当X翼固定时就是前述的布局形式；当X翼旋转时就相当于直升机的旋翼产生升力，用于垂直起降。（3）双翼和多翼布局。一般在垂直方向或前后方向上设置两个或多个机翼。早期的低速飞机进行多翼设计，目的在于增加升力。现代飞机速度高，多翼形式也发生变化，如采用前后联翼式设计，可增加升力和机翼的整体结构刚度。（4）环形翼布局。机翼设计为圆筒状，这种设计具有翼展小、增加刚度和减少质量等特点。（5）可变形或可折叠翼布局。一种是机翼平面形状可变，另一种是机翼可折叠，使飞机在不同速度和高度时具有良好的气动特性和飞行性能，使飞行器具有多用途的功能。（6）倾转旋翼机。相当于螺旋桨安装在机翼上的飞机，机翼连同旋翼可以绕机冀轴线倾转，起飞时旋翼呈水平位置可以像直升机一样垂直起飞和悬停，而旋翼转至垂直位置则可像固定翼飞机一样飞行。随着技术的发展，飞机气动布局形式也在不断的更新，对于现代高性能作战飞机的设计，除了要在亚、超声速及大、小迎角全包线范围内都有满意的气动特性外，还要考虑隐身性能对飞机外形的要求，而隐身与气动特性对飞机外形要求是有些矛盾的。就需要在当前飞机设计的条件下，结合战术技术指标的要求，不但比较它们的飞行性能，还要对各种气动布局形式的稳定性、操纵性、飞机重量、制造的复杂性、维护性、成本和全寿命费用等进行综合分析比较，才可能确定出最佳气动布局形式。所以，气动布局形式的设计是一个综合的、折衷的过程。好了，这次课程就讲到这里，再见！