CN110920870A - 一种通过前缘襟翼抑制尖侧缘机身布局摇滚运动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种控制尖侧缘机身布局飞机摇滚运动的方法，通过尺寸合适的机翼前缘襟翼上偏一定的角度，削弱机身非对称涡对机翼流场的强诱导作用，从而抑制尖侧缘机身布局的摇滚运动。该方法可借助飞机常规气动舵面，无需新增机构，容易实现，是一种抑制摇滚运动的新技术。实验结果表明：本发明方法简便、控制效果明显，具有很强的工程应用前景。

Description

一种通过前缘襟翼抑制尖侧缘机身布局摇滚运动的方法

技术领域

本发明是一种通过前缘襟翼来抑制尖侧缘机身布局飞机摇滚运动的方法，主要用于飞机飞行控制研究，属于航空航天技术领域。

背景技术

新型战斗机以尖侧缘机身布局为主要特征，如美国的F-22战斗机和俄罗斯的T-50战斗机。与常规旋成体机身不同，尖侧缘机身又称脊型机身，其截面形状由上下两段抛物线构成，抛物线交点为侧缘点，这种截面是旋成体机身和边条融合而来，能够使飞机布局兼具良好的气动和隐身性能，图1所示为新型战斗机采用的典型尖侧缘机身布局模型。新型战斗机要求具有高机动性和高敏捷性，高机动和高敏捷往往通过大迎角过失速机动来体现。但是，在大迎角机动中，尖侧缘机身布局背风侧出现了复杂旋涡和流动分离现象，诱导产生形式多样的非指令运动，其中较典型为机翼摇滚运动，主要表现为绕飞机体轴的不可控的极限环振荡，图2所示为尖侧缘机身布局在大迎角30°时产生的极限环摇滚运动，这种摇滚运动严重影响战斗机的操纵特性和飞行安全。因此，国内外研究人员开展了近三十年的研究，试图找到摇滚运动产生的流动机理，提出抑制机翼摇滚运动的方法。

大迎角机翼摇滚运动可能出现在各种战斗机布局上，如三角翼，矩形翼，飞翼，翼身组合体等。研究表明，出现摇滚运动的流动机理因布局不同而不同，不存在通用普适的流动机理。因此，抑制摇滚运动的方法也因布局不同而不同，这给提出基于流动机理的摇滚运动抑制方法带来了一定的难度。现有的抑制方法主要是针对细长三角翼和旋成体机身翼身组合体布局，较少涉及尖侧缘机身布局。对于三角翼布局，大迎角时前缘非对称涡诱导出初始滚转力矩，形成了摇滚运动触发机制，而前缘涡的法向涡位迟滞促进了摇滚运动，形成了摇滚运动的维持机制，所以，三角翼布局摇滚运动抑制思路主要是合理有效地控制非对称前缘涡。对于旋成体机身布局，大迎角出现的旋成体机身非对称涡诱导初始滚转力矩形成了触发机制，而非对称机身涡的涡位切换构成了摇滚运动的维持机制，抑制思路同样是控制机身非对称涡。基于上述抑制思路，现有的抑制方法有旋转头部人工颗粒，头部吹气和头部边条等，这是因为三角翼前缘非对称涡和旋成体机身非对称涡受头部人工颗粒、头部吹气或者头部边条主控。但是，实验证实头部微小改动的方法不能用在抑制尖侧缘机身布局摇滚运动上。这是因为：一方面，已有文献发现在尖侧缘机身头部附近的微小改动(如人工颗粒)几乎不影响机身涡流动的发展；另一方面，大迎角下尖侧缘机身非对称涡和旋成体机身有较大不同，表现在模型滚转时，旋成体机身非对称涡始终受头部微小改动(如人工颗粒)主控，而尖侧缘机身非对称涡只在0°滚转角附近受头部微小改动(如人工颗粒)主控，非零滚转角下受模型侧缘的侧滑角主控。因此，通过抑制尖侧缘机身涡的思路并不能较好抑制摇滚运动，需要提出新的流动控制方法。

目前涉及抑制尖侧缘机身布局摇滚运动的研究较少。初步研究发现，尖侧缘机身布局摇滚运动的关键流动是机身非对称涡与机翼流动之间的强相互作用。因此，本发明主要思路是通过控制机翼流动而影响机身非对称涡与机翼流动之间的强相互作用，进而抑制摇滚运动。

本发明针对尖侧缘机身布局在大迎角下产生的摇滚运动，一旦飞行器出现摇滚现象，只需使两侧前缘襟翼同时上偏一定角度，可削弱机身非对称涡对机翼流动的诱导，此后无需施加任何手段，即可抑制摇滚。本发明控制方法简单，控制效果明显，是一种抑制尖侧缘机身布局机翼摇滚的新技术。

发明内容

本发明提出一种通过前缘襟翼来抑制尖侧缘机身布局摇滚运动的方法，其目的是抑制由尖侧缘机身涡与机翼流动的强相互作用而产生的摇滚运动，为飞机实现安全飞行的研究提供重要的技术手段。下面本发明将通过模型概况、未施加控制的自由摇滚运动特性和施加控制的具体过程来详细说明：

1、模型概况

图1所示为本发明采用的实验模型。该布局由尖侧缘机身1和中等后掠翼3组成的组合体模型。尖侧缘机身截面采取截面相似的设计方式，机身可分为前体和后体部分，前体部分侧缘线为曲线，前体长240mm，后体部分侧缘线为直线，后体长440mm。机身后体宽度80mm，高度70mm。中等后掠翼为平板翼型，前缘后掠角48°，后缘前掠角15°，翼根前缘点距机头360mm。为了能够抑制机翼摇滚运动，在模型机翼前缘安装襟翼2，前缘襟翼上偏一定的角度。

2、未安装前缘襟翼时模型的自由摇滚运动特性

未安装前缘襟翼时，模型的单自由度摇滚实验表明：当迎角30°到40°时，模型出现了复杂的机翼摇滚运动。图2、图3和图4分别是当迎角30°、35°和40°时模型的摇滚运动时间历程曲线。其中，当迎角30°时，模型出现了偏向一侧的极限环摇滚运动；当迎角35°时，模型出现了大振幅绕零滚转角的极限环摇滚运动；当迎角40°时，模型出现了混沌摇滚运动。

3、安装前缘襟翼时模型的自由摇滚运动特性

本发明利用前缘襟翼上偏来抑制尖侧缘机身布局的摇滚运动，需要安装前缘襟翼，因此襟翼尺寸、位置和上偏角度是主要参数。襟翼长为195mm，襟翼宽15mm，位置沿机翼前缘安装，其起始在机翼前缘翼根，上偏角度为45°。

图5、图6和图7所示分别是安装前缘襟翼上偏45°后当迎角30°、35°和40°时模型的摇滚运动时间历程曲线。可以看出，施加前缘襟翼控制后，尖侧缘机身布局飞机在迎角30°、35°和40°不摇滚，模型稳定在零滚转角附近。

综合以上实验结果，本发明通过前缘襟翼上偏抑制了尖侧缘机身布局的摇滚运动，控制效果明显，方法简便，是一种抑制机翼摇滚运动的方法。

附图说明

图1尖侧缘机身布局模型及前缘襟翼安装示意图

图2迎角30°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图3迎角35°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图4迎角40°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图5安装前缘襟翼后迎角30°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图6安装前缘襟翼后迎角35°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图7安装前缘襟翼后迎角40°时尖侧缘机身布局飞机的摇滚运动时间历程曲线

图中标号如下：

1尖侧缘机身 2前缘襟翼 3后掠机翼(前缘后掠角48°，后缘前掠角15°)

具体实施方式

本发明可依照以下实施方式进行：

1)选择尺寸合适的前缘襟翼，本实例中选择长为195mm，宽15mm的前缘襟翼，前缘襟翼上偏角度是45°；

2)设置前缘襟翼的位置：前缘襟翼安装沿机翼前缘，其起点位于机翼前缘翼根；

3)设置完前缘襟翼上偏一定角度后，如果飞行器出现摇滚，则将收敛至0°滚转角平衡位置附近，实现了对摇滚运动的有效控制。

Claims (4)

1.通过前缘襟翼来抑制尖侧缘机身布局摇滚运动的方法，其主要特征在于：所述方法采用两侧前缘襟翼，前缘襟翼具有一定的上偏角度。

2.根据权利要求1所述方法，前缘襟翼平面形状为矩形。

3.根据权利要求1所述方法，前缘襟翼上偏角度为45°。

4.根据权利要求1所述方法，前缘襟翼安装在机翼前缘，其展向起点位于机翼前缘翼根。

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