CN114313258B - 一种水陆两栖飞机的水舵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水陆两栖飞机的水舵，包括：水舵主体(3)、鱼型整流尾(5)和上端面挡流板(6)；所述水舵主体(3)呈翼型；所述上端面挡流板(6)呈直接梯形，设置在所述水舵主体(3)的上端面上；所述鱼型整流尾(5)为等腰直角三角形棱柱，设置在所述水舵主体(3)的尾缘。不仅结构简单，而且能够为水陆两栖飞机在水面低速滑行时提供一个较大的转向力矩，在目标工况下能实现增效30％以上。

Description

一种水陆两栖飞机的水舵

技术领域

本发明属于水陆两栖飞机水动力设计领域，具体涉及一种水陆两栖飞机的水舵。

背景技术

水陆两栖飞机的水面机动转向性能是每一款水陆两栖飞机必须研究的性能，在水面滑行过程中，良好的机动转向性能将大大缩短水面航程，对提高水陆两栖飞机的水面滑行安全性有重要的作用。

受限于在地面起飞时机身擦地角的影响，目前国内外水陆两栖飞机所使用的水舵主要为小展弦比水舵，而小展弦比水舵存在严重的端面绕流现象，尤其是在高速滑行状态下，水舵的舵效将严重降低，难以提供飞机在特定速度下实现转向的目标力矩。因此，需要开展一种用于水陆两栖飞机的高性能水舵外形设计，进一步提高水陆两栖飞机在水面起降的安全性。

发明内容

本发明提供一种水陆两栖飞机的水舵，解决现有水陆两栖飞机在水面滑行过程中水舵舵力不足的问题，提高水舵的横向舵力，提升飞机在水面滑行时的机动转向性能。

本发明提供一种水陆两栖飞机的水舵，包括：水舵主体3、鱼型整流尾5和上端面挡流板6；其中，

所述水舵主体3呈翼型；

所述上端面挡流板6呈直接梯形，设置在所述水舵主体3的上端面上；

所述鱼型整流尾5为等腰直角三角形棱柱，设置在所述水舵主体3的尾缘。

可选的，所述水舵主体3的展长为h，端面翼形弦长为L，最大厚度为t；

所述上端面挡流板6的板厚为0.06t，板高为0.5h。

可选的，当所述水舵主体3的攻角8为0度时，所述上端面挡流板6的前侧斜边与水陆两栖飞机1中纵剖面的缝隙为20mm，板首底部距离所述水舵主体3前端面为0.27L。

可选的，所述上端面挡流板6的下底边长为0.61L，上底边长为0.52L。

可选的，所述鱼型整流尾5为等腰直角三角形棱柱。

可选的，所述鱼型整流尾5的斜边与原尖尾平齐并垂直于水舵主体3的中纵剖面，斜边宽度为0.07L。

可选的，所述水舵主体3的展长h的取值范围是470-480mm，端面翼形弦长L的取值范围是835-845mm。

可选的，最大厚度t的取值范围是155-165mm。

本发明提供一种水陆两栖飞机的水舵，不仅结构简单，而且能够为水陆两栖飞机在水面低速滑行时提供一个较大的转向力矩，在目标工况下能实现增效30％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有水陆两栖飞机的水舵的结构示意图；

图2为现有水舵攻角示意图；

图3为本发明的水陆两栖飞机的高性能水舵的结构示意图；

图4为本发明的水舵主体和鱼型整流尾的结构示意图一；

图5为本发明的水舵主体和鱼型整流尾的结构示意图二；

附图标记说明：

1-水陆两栖飞机； 2-水面；

3-水舵主体； 4-凸出结构；

5-鱼型整流尾； 6-上端面挡流板；

7-舵轴； 8-攻角；

9-常用水舵； 10-高性能水舵；

11-鱼尾鳍； 12-弦线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的水陆两栖飞机的高性能水舵进行解释说明。

如图1-5所示、本发明提供一种水陆两栖飞机的高性能水舵，将水陆两栖飞机1的常用水舵9线型进行结构调整和优化，通过针对性的设计使得水舵效能在典型状态下有显著的提升。

本发明对常用水舵9线型进行结构调整和优化设计，其中常用水舵9由水舵主体3和前侧的凸出结构4组成，通过改型设计提供一种水陆两栖飞机1的高性能水舵10，该高性能水舵10由水舵主体3、上端面挡流板6、鱼型整流尾5组成。对于水陆两栖飞机1的常用水舵9而言，舵轴7前侧的下半部分为凸出结构4，在高航速状态下，常用水舵9的中纵剖面与航行方向存在一定的攻角8，而来流的冲击会导致凸出结构4产生局部反向高压，使得舵面本身的偏转合力一定程度的减小，造成常用水舵线型9作用于水陆两栖飞机1的偏转力矩降低，且这种负面影响将随着攻角8的增大而增大，严重情况下甚至将导致常用水舵9反效，即水舵产生的力矩与其偏转方向相同。因此为提高舵效，考虑将凸出结构4去除，按常用水舵9的剖面形状对舵轴7前侧的下端面进行光顺处理。

此外，通过对常用水舵9的舵效进行试验和数值仿真，得到小展弦比水舵效能低下的主要原因为上、下端面的横向绕流现象过于严重，导致常用水舵9的两侧压力差较小，难以获得满足机动要求的横向合力。由于水舵主体3受水陆两栖飞机1的擦地角影响，舵体结构无法继续向下延伸，为解决端面绕流问题，在水舵主体3的上端面安装一块挡流板，即上端面挡流板6，其将大幅地阻断水舵主体3的压力面向吸力面的上端面横向绕流，有效地增加水舵主体3的舵面压力差。水舵主体3的展长为h，端面翼形弦长为L，最大厚度为t。

其中，上端面挡流板6为直角梯形结构，板厚为0.06t，板高为0.5h，以保证其上端面明显高出水面2。当水舵主体3的攻角8为0度时，上端面挡流板6的前侧斜边与水陆两栖飞机1中纵剖面的缝隙为20mm，板首底部距离水舵主体3前端面为0.27L，上端面挡流板6的下底边长为0.61L，上端面挡流板6的上底边长为0.52L。

最后，将水舵主体3的尾缘进行优化，将原有的尖尾调整为鱼型整流尾5，以此改善舵面尾流，进一步增大舵面压力差。其中，鱼型整流尾5为一个等腰直角三角形棱柱，即鱼尾鳍11与弦线12夹角为45度，斜边与原尖尾平齐并垂直于水舵主体3的中纵剖面，斜边宽度为0.07L，鱼尾鳍11与水舵主体3的连接部位作光顺处理。

可选的，所述水舵主体3的展长h的取值范围是470-480mm，端面翼形弦长L的取值范围是835-845mm。

可选的，最大厚度t的取值范围是155-165mm。

本发明在替换水陆两栖飞机小展弦比水舵之后，显著提高了水陆两栖飞机的转向性能，横向舵力有了大幅度的提升，对提升飞行员在水面操纵驾驶信心有重要的意义。

通过仿真模拟与试验相结合得出：在水陆两栖飞机水面航速为40km/h时，水舵攻角10度与25度的状态下横向舵力分别为2250N、6594N，较原始线型分别提高68％和30.5％；在航速为110km/h、攻角10度时，高性能水舵能完全克服原有反效的问题，可提供横向舵力约13100N。

本发明可应用于AG600大型灭火/水上救援水陆两栖飞机。

Claims (4)

1.一种水陆两栖飞机的水舵，其特征在于，包括：水舵主体(3)、鱼型整流尾(5)和上端面挡流板(6)；其中，

所述水舵主体(3)呈翼型；

所述上端面挡流板(6)呈直角梯形，设置在所述水舵主体(3)的上端面上；

所述鱼型整流尾(5)为等腰直角三角形棱柱，设置在所述水舵主体(3)的尾缘；

所述水舵主体(3)的展长为h，端面翼形弦长为L，水舵主体(3)的最大厚度为t；

所述上端面挡流板(6)的板厚为0.06t，板高为0.5h；

当所述水舵主体(3)的攻角(8)为0度时，所述上端面挡流板(6)的前侧斜边与水陆两栖飞机(1)中纵剖面的缝隙为20mm，板首底部距离所述水舵主体(3)前端面为0.27L；

所述上端面挡流板(6)的下底边长为0.61L，上底边长为0.52L。

2.根据权利要求1所述的水舵，其特征在于，所述鱼型整流尾(5)的斜边与原尖尾平齐并垂直于水舵主体（3）的中纵剖面，斜边宽度为0.07L。

3.根据权利要求1所述的水舵，其特征在于，所述水舵主体(3)的展长h的取值范围是470-480mm，端面翼形弦长L的取值范围是835-845mm。

4.根据权利要求1所述的水舵，其特征在于，最大厚度t的取值范围是155-165mm。