[发明专利]一种改善飞翼布局飞机横航向飞行品质的上反角优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善飞翼布局飞机横航向飞行品质的上反角优化方法，属于航空气动技术领域。

背景技术

飞机的稳定性在飞行中至关重要，为了使飞机在飞行中具有足够的横航向安定性，飞机一般会有垂直尾翼。垂直尾翼可以增加飞机的横航向气动力，使飞机的横航向气动导数（侧向力对侧滑角的导数C_Yβ、偏航力矩对侧滑角的导数C_nβ、侧向力对偏航角速度的导数C_Yr和偏航力矩对偏航角速度的导数C_nr）有合适的值。一般情况下，一个横航向稳定性达到要求的飞机，其横航向共有3个运动模态，分别为滚转收敛模态、荷兰滚模态和螺旋模态。其中滚转模态收敛，荷兰滚模态收敛，螺旋模态慢收敛或慢发散。对于纯飞翼布局且有后掠角的飞机，由于没有垂直尾翼，飞机的C_nβ、C_nr往往偏小，与滚转力矩对侧滑角的导数C_1β不匹配，造成一系列的稳定性问题，其中最严重的是荷兰滚模态发散。

飞翼布局飞机解决此问题的通常手段是依靠飞行控制系统对飞机运动进行增稳。由精密传感器、伺服系统和飞行控制计算机组成的飞行控制系统通过测量和反馈侧滑角、侧向加速度和滚转角信号来提高飞机的偏航阻尼、改变交感导数等参数，以达到改善飞机横航向模态特性的目的。这种手段虽然可以提高飞机的稳定性，但在飞行控制系统发生故障时，飞机飞行品质将严重恶化，以致飞行安全难以保证。

发明内容

本发明的目的是为了解决无尾飞翼布局飞机固有的飞行稳定性问题，提出一种改善飞翼布局飞机横航向飞行品质的上反角优化方法，通过气动外形的微小改动，使带有后掠角的飞翼布局飞机实现横航向飞行品质的提高，并使其在没有增稳系统的辅助下，达到由驾驶员能够直接操纵的稳定性要求。本发明通过设计一种特殊的机翼连续上下反角布置方式，达到了使飞机在一个典型速度下全部迎角范围内稳定的效果。

本发明是一种改善飞翼布局飞机横航向飞行品质的上反角优化方法，包括以下几个步骤：

步骤一：获取最差状态。

步骤二：调整荷兰滚模态阻尼比。

步骤三：调整荷兰滚模态频率。

步骤四：判断飞机螺旋模态特征根是否发散。

步骤五：通过上述四个步骤，飞翼的结构发生改变，根据飞翼的新结构，返回步骤一，重新获取飞翼的最差状态。

本发明的优点在于：

（1）本发明可以显著提高飞翼布局飞机荷兰滚模态的频率和阻尼比，从而提升飞机横航向飞行品质；

（2）降低飞翼布局飞机对飞行控制系统的要求，使飞机在没有增稳系统的条件下，可以由驾驶员直接进行操纵，从而提高了飞机的安全性；

（3）对于有隐身要求的飞机，本发明不会对飞机的雷达反射截面积（RCS）造成严重影响，可以保证飞机的隐身性能。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的实施例飞翼平面示意图；

图3是本发明的实施例飞翼上反角布置示意图；

图4是本发明的实施例典型速度下荷兰滚模态特征根随迎角变化的根轨迹图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种改善飞翼布局飞机横航向飞行品质的上反角优化方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：获取最差状态。

获取飞翼的原始参数，飞行包线内的迎角与速度一一对应，形成若干个状态，每个状态的原始参数包括原始荷兰滚模态阻尼比和原始荷兰滚模频率；

根据飞行品质标准，按照需要达到的飞行品质要求，获取达到飞行品质要求时，每个状态的优化参数，优化参数包括优化荷兰滚模态阻尼比和优化荷兰滚模频率；

获取原始荷兰滚模态阻尼比与优化荷兰滚模态阻尼比差值，选取荷兰滚模态阻尼比差值最大的状态作为需要优化的状态，简称为最差状态；

如果最差状态中对应的原始荷兰滚模态阻尼比和原始荷兰滚模频率均符合飞行品质标准，本发明结束，否则，进入步骤二；

步骤二：调整荷兰滚模态阻尼比。

增加内翼段和中翼段的下反角，可以观察到最差状态中原始荷兰滚模态阻尼比增加，当原始荷兰滚模态阻尼比超过优化荷兰滚模态阻尼比15%时，进入步骤三；

所述的内翼段，指从飞机对称平面算起，占半翼展0%至30%的部分，具体上限位置由结构上的分界面确定；