CN102689687B - 一种平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域，涉及一种平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法。本发明采用调节发动机轴线预安装位置，巧妙地在飞机轴线与发动机轴线之间设计一定的偏移量与夹角量，通过合理地选择下移量和偏转角度，可在牺牲少量推力的情况下平衡螺旋桨后的大部分气动旋转力矩，最终增加飞机的操稳性。本发明工作可靠、加工工艺简单，只需在安装发动机时，适当调节发动机轴线的安装位置即可，已经应用于我院LE500、LE500A、航模等型飞机上，解决了螺旋桨旋转气流对机身操稳造成的干扰，保证了飞机飞行的稳定。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，涉及一种平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法。
背景技术
对于带螺旋桨的通用类小型飞机来说，由于螺旋桨的周向旋转，其后旋转气流会对机身气流造成干扰，产生气动旋转力矩，有使飞机向螺旋桨旋转方向转动的趋势，最终会对机身的操纵性和稳定性产生不利影响。一般飞机上，主要靠设定差动副翼或垂尾的预安装角度来平衡此气动旋转力矩，然而，这又造成了副翼或垂尾的预安装角度过大、可用偏转裕度变小等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能在牺牲少量推力的情况下平衡螺旋桨后大部分气动旋转力矩的方法。
本发明的技术方案是：一种平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法，包括如下步骤：
步骤a：从飞行剖面获取飞机典型飞行状态点的高度、速度等飞行状态信息；
步骤b：获取该典型飞行状态点螺旋桨后旋转气流对全机身的气动旋转力矩N和该典型飞行状态点螺旋桨的拉力F；
步骤c：通过调节发动机安装架，当螺旋桨顺时针旋转时，将发动机轴线向右偏转至与飞机对称平面有一定夹角β≤3°；当螺旋桨逆时针旋转时，将发动机轴线向左偏转至与飞机对称平面有一定夹角β≤3°；
并通过调节发动机安装架，将发动机轴线下移至低于飞机构造水平线一定距离D并与之平行；
步骤d：根据关系式及β≤3°来循环优化，若步骤d中选取的D和β不满足上述关系式，则返回步骤d，重新选取D和β，直至上述关系式满足为止，获取最终的下移量D与偏角β，并确定发动机的最终安装位置。
所述典型飞行状态点螺旋桨后旋转气流对全机身的气动旋转力矩N和该典型飞行状态点螺旋桨的拉力F通过对包括螺旋桨在内的全机身进行典型飞行状态点的计算流体力学方法仿真计算获取。
如果还存在剩余的少量气动旋转力矩，则进一步包括在飞机出厂试飞时通过调节垂尾处调节片的预安装角来抵消的步骤。
本发明的优点和有益效果：本发明平衡螺旋桨后大部分气动旋转力矩的方法采用调节发动机轴线预安装位置，巧妙地在飞机轴线与发动机轴线之间设计一定的偏移量与夹角量，通过合理地选择下移量和偏转角度，可在牺牲少量推力的情况下平衡螺旋桨后的大部分气动旋转力矩，剩余的少量气动旋转力矩需要在飞机试飞时通过调节垂尾处调节片的预安装角来抵消。
本发明平衡螺旋桨后大部分气动旋转力矩的方法工作可靠、加工工艺简单，只需在安装发动机时，适当调节发动机轴线的安装位置即可，已经应用于我院LE500、LE500A、航模等型飞机上，解决了螺旋桨旋转气流对机身操稳造成的干扰，保证了飞机飞行的稳定。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2，图3，图4，图5为实例中的发动机轴线安装位置最终结果，其中：1为发动机；2为螺旋桨；3为飞机轴线；4为发动机轴线；5为垂尾处调节片；6为飞机机身；7发动机安装架；8飞机构造水平线；9飞机对称面。
具体实施方式
本发明平衡螺旋桨后大部分气动旋转力矩的方法采用调节发动机轴线预安装位置，巧妙地在飞机轴线与发动机轴线之间设计一定的偏移量与夹角量，通过合理地选择下移量和偏转角度，可在牺牲少量推力的情况下平衡螺旋桨后的大部分气动旋转力矩，剩余的少量气动旋转力矩需要在飞机试飞时通过调节垂尾处调节片的预安装角来抵消。
请参阅图1，其给出了本发明平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法的操作流程，其具体步骤如下：
步骤a：从飞行剖面获取飞机典型飞行状态点的高度、速度等飞行状态信息；
步骤b：对包括螺旋桨2在内的全机身6进行典型飞行状态点的计算流体力学方法(CFD)仿真计算，或者用经验公式等其他计算方法；
步骤c：根据步骤b的结果，获取该典型飞行状态点螺旋桨2后旋转气流对全机身6的气动旋转力矩N和该典型飞行状态点螺旋桨2的拉力F；
步骤d：通过调节发动机安装架7，将发动机轴线4向右(螺旋桨顺时针旋转)或向左(螺旋桨逆时针旋转)偏转至与飞机对称平面9有一定夹角β≤3°；
通过调节发动机安装架7，将发动机轴线4下移至低于飞机构造水平线8一定距离D并与之平行；
当螺旋桨2顺时针旋转(顺航向)时，其后旋转气流会对机身6施加顺时针的气动旋转力矩；将发动机轴线4下移并右偏后，螺旋桨2推力的右侧分量会对机身6施加逆时针的旋转力矩；最终实现二者抵消。
当螺旋桨2逆时针旋转(顺航向)时，其后旋转气流会对机身6施加逆时针的气动旋转力矩；将发动机轴线4下移并左偏后，螺旋桨2推力的左侧分量会对机身6施加顺时针的旋转力矩；最终实现二者抵消。
步骤e：根据关系式及β≤3°来循环优化，若步骤d中选取的D和β不满足上述关系式，则返回步骤d，重新选取D和β，直至上述关系式满足为止，获取最终的下移量D与偏角β，并确定发动机1的最终安装位置；
步骤f：剩余的少量气动旋转力矩需要在飞机出厂试飞时通过调节垂尾处调节片5的预安装角来抵消。
实施例：
下面以LE500飞机为例，结合图2，图3，图4，图5所给出的发动机安装位置，详细描述平衡由螺旋桨2后旋转气流对机身6造成的气动旋转力矩的方法，其具体步骤如下：
步骤a：从飞行剖面获取飞机典型飞行状态点的高度、速度等飞行状态信息，其中，飞机典型飞行状态点指的是飞机巡航时占主要飞行时间下的飞行状态；
步骤b：对包括螺旋桨2在内的全机身6进行典型飞行状态点的全三维CFD仿真计算；
步骤c：根据步骤b的结果，获取该典型飞行状态点螺旋桨2后旋转气流对全机身6的气动旋转力矩N；
根据步骤b的结果，获取该典型飞行状态点螺旋桨2的拉力F；
步骤d：通过调节发动机安装架7，因LE500螺旋桨2为顺航向顺时针旋转，故将发动机轴线4向右(顺航向)偏转至与飞机对称平面9有一定夹角β，β应小于3°；
通过调节发动机安装架7，将发动机轴线4下移至低于飞机构造水平线8一定距离D并与之平行；
步骤e：根据关系式及β≤3°来循环优化；若步骤d中选取的D和β不满足上述关系式，则返回步骤d，重新选取D和β，直至上述关系式满足为止；
通过多次循环计算，在LE500实例中，我们最终选取的下移量为D＝30mm，夹角量为β＝3°，从而确定了发动机1的最终安装位置；
步骤f：对于剩余的少量气动旋转力矩，在飞机出厂试飞时，通过调节垂尾处调节片5的预安装角来抵消。
Claims (3)
1.一种平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法，其特征在于，该平衡方法包括如下步骤：
步骤a：从飞行剖面获取飞机典型飞行状态点的高度、速度等飞行状态信息；
步骤b：获取该典型飞行状态点螺旋桨(2)后旋转气流对全机身的气动旋转力矩N和该典型飞行状态点螺旋桨(2)的拉力F；
步骤c：通过调节发动机安装架(7)，当螺旋桨顺时针旋转时，将发动机轴线(4)向右偏转至与飞机对称平面(9)有一定夹角β≤3°；当螺旋桨逆时针旋转时，将发动机轴线(4)向左偏转至与飞机对称平面(9)有一定夹角β≤3°；
并通过调节发动机安装架(7)，将发动机轴线(4)下移至低于飞机构造水平线(8)一定距离D并与之平行；
步骤d：根据关系式及β≤3°来循环优化，若步骤d中选取的D和β不满足上述关系式，则返回步骤d，重新选取D和β，直至上述关系式满足为止，获取最终的下移量D与偏角β，并确定发动机(1)的最终安装位置。
2.根据权利要求1所述的平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法，其特征在于：所述典型飞行状态点螺旋桨(2)后旋转气流对全机身的气动旋转力矩N和该典型飞行状态点螺旋桨(2)的拉力F通过对包括螺旋桨(2)在内的全机身进行典型飞行状态点的计算流体力学方法仿真计算获取。
3.根据权利要求2所述的平衡螺旋桨后气动旋转力矩的方法，其特征在于：如果还存在剩余的少量气动旋转力矩，则进一步包括在飞机出厂试飞时通过调节垂尾处调节片(5)的预安装角来抵消的步骤。
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