[发明专利]一种V形尾翼倾角与面积优化设计方法

权利要求书

1.一种V形尾翼倾角与面积优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立V形尾翼三轴气动效率修正模型；

步骤2：完成飞机无尾翼构型气动数据计算，并输入优化设计所需的尾翼平面参数、安装位置与尾翼设计约束数据；

步骤3：完成V形尾翼纵向气动效率补偿函数与航向气动效率补偿函数的建立；其中，k_{sz_v}是V形尾翼航向气动效率损失面积补偿系数，是V形尾翼航向气动效率修正系数k_{aexz_v}的倒数；k_{sz_h}是V形尾翼纵向气动效率损失面积补偿系数，是V形尾翼纵向气动效率修正系数k_{aexz_h}的倒数；

具体是通过以下步骤计算得到：

步骤3.1计算A翼面α和B翼面的有效攻角α′，其中A翼面为无倾角常规翼面，B翼面A翼面倾转角度φ后的翼面状态；

α＝atan(v_z/v_x)

v_x、v_z是自然流在坐标系X轴和Z轴上的速度分量，v_zx是B翼面产生当地迎角的速度分量；是尾翼倾角；

步骤3.2计算B翼面攻角损失率k_αs，计算公式为：

k_αs＝1-k_αxz；式中k_axz是B翼面当地迎角的修正系数；

步骤3.3：计算B翼面有效速度v′_h，计算公式为

式中v是自然流的速度；v_x是自然流在坐标系X轴上的速度分量，v_zx是B翼面产生当地迎角的速度分量；

步骤3.4：计算B翼面的纵向速压损失k_{qs_h}，计算公式为：

式中k_{qxz_h}是B翼面的纵向速压修正系数；

步骤3.5：计算B、A翼面的下洗梯度比值k_εc，计算公式为：

式中Y_ca为A翼面平均气动弦距机体轴的展向距离，z_tA为A翼面相对机翼的高度，b_w是机翼展长，z_tB为B翼面相对机翼的高度，φ为倾转角度；

步骤3.6：计算由下洗梯度变化产生的B翼面气动效率修正系数k_εxz，计算式为：

式中，为A翼面下洗梯度，k_εc是下洗梯度比值；

步骤3.7：计算B翼面的有效升力线斜率C_LayxB，计算公式为

式中，C′_L是B翼面的升力系数，k_εxz是B下洗梯度变化产生的B翼面气动效率修正系数，k_Nxz h是B翼面的升力L'是其法向力N的余弦分量，C_LayxA是A翼面的有效升力线斜率；

步骤3.8：计算V形尾翼纵向气动效率修正系数k_{aexz_h}，计算公式为

其中，k_{zexz_h}是V形尾翼纵向气动效率修正系数，C_LayxB是B翼面的有效升力线斜率；

步骤3.9：计算V形尾翼纵向气动效率损失k_{aes_h}，计算式为：

k_{aes_h}＝1-k_{aexz_h}，式中k_{aexz_h}V形尾翼纵向气动效率修正系数；

步骤3.10计算V形尾翼纵向气动效率补偿函数

式中k_{sz_h}是V形尾翼纵向气动效率损失面积补偿系数，是V形尾翼纵向气动效率修正系数k_{aexz_h}倒数；

具体是通过以下步骤计算得到：

步骤3.11计算C翼面的有效侧滑角β和B翼面的有效侧滑角β′，其中C翼面是无倾角常规翼面旋转90°后的状态，计算式如下：

β＝atan(v_y/v_x)

式中v_x、v_y是自然流在坐标系X轴和Y轴上的速度分量，v_y’是B翼面产生当地侧滑角的速度分量；是尾翼倾角；

步骤3.12计算B翼面侧滑角损失系数k_βs，计算公式为

k_βs＝1-k_βxz

式中，k_βxz是B翼面侧滑角修正系数；

步骤3.13计算B翼面的航向速压损失k_{qs_v}，计算公式为：

k_{qs_v}＝1-k_{qxz_v}

式中，k_{qxz_v}是B翼面的航向速压修正系数；

步骤3.14：计算B翼面的有效侧力导数C_CβB，计算公式为：

式中，k_{Nxz_v}法向力方向变化的侧力修正系数，C′_C是B翼面的侧力系数，β为C翼面的侧滑角，C_CβC是C翼面的侧力导数；β′是B翼面的有效侧滑角，k_{qxz_v}是B翼面的航向速压修正值；

步骤3.15：计算V形尾翼航向气动效率修正系数k_{aexz_v}，计算式为：

步骤3.16：计算V形尾翼航向操稳效率损失k_{aes_v}，计算公式为：

k_{aes_v}＝1-k_{aexz_v}，式中k_{aexz_v}为V形尾翼航向气动效率修正系数；

步骤3.17：计算V形尾翼航向气动效率补偿函数计算公式为：

步骤4：基于步骤2设计约束数据，设计虚拟平尾与垂尾的面积，再计算V形尾翼纵向与航向操稳效能分配因子K_sf；计算式公式为：

式中是航向气动效率补偿函数，是纵向气动效率补偿函数；S_ht为设计虚拟平尾面积，S_vt为设计虚拟垂尾面积；步骤5：建立V形尾翼倾角解算方程：式中是航向气动效率补偿函数，是纵向气动效率补偿函数，K_sf是纵向与航向操稳效能分配因子；是V形尾翼倾角解算函数；

步骤6：数值求解V形尾翼倾角解算方程，得到尾翼倾角

步骤7：计算V形尾翼面积优化设计值S_v，计算公式为

2.根据权利要求1所述的一种V形尾翼倾角与面积优化设计方法，其特征在于：步骤1所述的建立V形尾翼三轴气动效率修正模型，还包括以下步骤：

步骤1.1：建立纵向操稳效率损失面积补偿函数；

步骤1.2：建立横航向气动效率损失面积补偿函数；

步骤1.3：尾翼纵向与横航向的面积补偿曲线，完成V形尾翼三轴气动效率修正模型的建立。