机翼及提升二维翼型舵面控制效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种机翼及提升二维翼型舵面控制效率的方法。其技术方案是通过变形原对称翼型舵面为非对称翼型舵面，并且将非对称翼型舵面与主翼之间错位安装形成缝隙，利用缝隙效应，对舵面的上翼面流动进行干扰，使舵面产生的力矩增大，进而提升二维翼型舵面的控制效率。本发明专利技术通过简单的结构优化实现了舵面控制效率的极大提升；飞行员控制过程中操作方便；控制装置利用飞机自身部件，无需引入大型动力能源等驱动设备，不增加飞机装载负担。不增加飞机装载负担。不增加飞机装载负担。

【技术实现步骤摘要】
机翼及提升二维翼型舵面控制效率的方法


[0001]本专利技术涉及机翼舵面
，具体是一种提升二维翼型舵面控制效率的方法，以及对应的机翼结构。

技术介绍

[0002]随着当代飞行器机动性能的不断提升，现代飞机对于飞机可操纵性的性能要求越来越高。气动操纵力矩作为完成飞机操纵的重要参数，使得飞机气动操纵面的舵面效率在整个飞机飞行过程中起到关键性作用。尤其是针对缺少尾翼结构的翼身融合体布局一类的飞机，往往需要舵面具有更大的气动操纵效率。然而气动操纵效率受到舵偏角的影响严重，随着舵偏角的增大，舵面的控制效率大幅降低。因此如何提高飞行控制效率是现代飞机亟待解决的问题，其中通过改善舵面上的流动进而改善舵面效率是有效提升飞机操纵性能的重要手段。
[0003]目前的舵面效率改善方案主要集中于在舵面前缘增加扰动片或吹气装置，进而改变舵面的上翼面流动特性以改善舵面的气动力特性。但因为需要引入其他装置，而额外增加飞机载重，因此有必要发展新型的舵面效率改善技术。目前国内外研究中，均未见通过舵面与主翼错位形成缝隙提高二维翼型舵面效率的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种机翼及提升二维翼型舵面控制效率的方法，以解决相关技术存在的上述缺陷。
[0005]本专利技术的专利技术构思是通过变形原对称翼型舵面为非对称翼型舵面，非对称翼型舵面下，俯仰力矩系数的数值更大，可以提供更大的舵面控制效率，并且将非对称翼型舵面与主翼之间错位安装形成缝隙，利用缝隙效应，对舵面的上翼面流动进行干扰，即：利用主翼下翼面与舵面之间的缝隙，控制舵面上的分离流动，使舵面产生的力矩增大，提升二维翼型舵面的控制效率。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]一种机翼，其包括主翼和舵面，其中：所述舵面的形状为非对称翼型；且所述舵面可向下并且向所述主翼的前缘方向平移、在所述主翼的下翼面与所述舵面之间形成缝隙。
[0008]一种提升二维翼型舵面控制效率的方法，其包括：
[0009]步骤一、确定原对称翼型舵面的舵面效率；
[0010]步骤二、用相等或更大舵面效率的非对称翼型舵面替换原对称翼型舵面；
[0011]步骤三、向下并且向主翼的前缘方向平移所述非对称翼型舵面，使其与所述主翼错位，产生错位缝隙，确定当前错位位置的舵面效率；
[0012]步骤四、重复所述步骤三，确定舵面效率最优的错位位置；
[0013]步骤五、当舵面控制效率无法达到控制需求时，改变舵面与主翼的相对位置，使舵面平移到所述最优的错位位置。
[0014]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0015]通过简单的结构优化实现了舵面控制效率的极大提升；飞行员控制过程中操作方便；控制装置利用飞机自身部件，无需引入大型动力能源等驱动设备，不增加飞机装载负担。
附图说明
[0016]图1为原始翼型和舵面的示意图；
[0017]图2为本专利技术提供的变形舵面为非对称舵面后的示意图；
[0018]图3为本专利技术提供的错位式非对称舵面的示意图；
[0019]图4为本专利技术提供的原始翼型和非对称翼型在不同舵偏角下的俯仰力矩特性随迎角变化曲线；
[0020]图5为本专利技术提供的原始翼型和错位式非对称舵面在不同舵偏角下的俯仰力矩特性随迎角变化曲线；
[0021]图6为本专利技术提供的错位式非对称舵面效率比之原始情况下的舵面效率增幅曲线。
具体实施方式
[0022]本专利技术通过利用主翼和非对称翼型舵面之间的缝隙，对流过舵面上翼面的气流进行控制，使舵面的分离流动转变为附着流动，增大飞机的舵面控制效率。
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。
[0024]本提升二维翼型舵面控制效率的方法的步骤如下：
[0025]步骤一：确定原对称翼型舵面的舵面效率
[0026]原对称翼型舵面如图1所示。当进行大舵偏角飞行时，这种舵面无法提供足够的操纵力矩。
[0027]本步骤中，通过风洞实验和/或数值模拟对原对称翼型舵面在不同舵偏角下的俯仰力矩进行研究，获取各舵偏角下原对称翼型舵面的俯仰力矩随迎角变化的关系。其中，舵偏角优选典型的舵偏角。本实施例中，以10
°
，20
°
，30
°
三个舵偏角为例，得到的不同舵偏角下的俯仰力矩随迎角变化曲线如图4所示。
[0028]步骤二：舵面形状变形，用相等或更大舵面效率的非对称翼型舵面替换原对称翼型舵面
[0029]改变原对称翼型的舵面形状为非对称翼型，选取步骤一中的典型舵偏角进行风洞实验和/或数值模拟研究，得到不同舵偏角下的变形后的俯仰力矩随迎角变化曲线。通过试验，得到相等或更大舵面效率的非对称翼型舵面，用其替换原对称翼型舵面。图2中示意性表示了改变后的非对称翼型舵面。本实施例非对称翼型舵面的控制效率如图4所示。
[0030]步骤三：向下并且向主翼的前缘方向平移所述非对称翼型舵面，使其与所述主翼错位，产生错位缝隙，确定当前错位位置的舵面效率
[0031]改变非对称翼型舵面与主翼的相对位置，图3中示意性表示了改变位置后形成的错位式非对称舵面。
[0032]通过风洞实验和/或数值模拟研究，针对步骤一中的典型舵偏角，得到不同舵偏角
下的错位式非对称舵面的俯仰力矩随迎角变化曲线。
[0033]步骤四：重复所述步骤三，确定舵面效率最优的错位位置
[0034]本实施例中，非对称翼型舵面沿x轴负方向和z轴正方向平移，其中，沿x轴负方向平移的距离选取为4％翼型弦长，沿z轴正方向平移的距离选取为4％翼型弦长。本实施例错位式非对称舵面的控制效率与原对称翼型舵面的控制效率如图5所示。
[0035]步骤五：当舵面控制效率无法达到控制需求时，改变舵面与主翼的相对位置，使舵面平移到所述最优的错位位置。
[0036]本实施例方法的舵面控制效率提升效果如图6所示。可见，各舵偏角下，俯仰力矩系数数值都显著增大，最大增幅80％，舵面控制效率明显提升。
[0037]上述通过具体实施例对本专利技术进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本专利技术的内容，并不能理解为对本专利技术保护范围的限制。本领域技术人员在本专利技术构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本专利技术的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机翼，包括主翼和舵面，其特征在于：所述舵面的形状为非对称翼型；且所述舵面可向下并且向所述主翼的前缘方向平移、在所述主翼的下翼面与所述舵面之间形成缝隙。2.一种提升二维翼型舵面控制效率的方法，其特征在于，包括：步骤一、确定原对称翼型舵面的舵面效率；步骤二、用相等或更大舵面效率的非对称翼型舵面替换原对称翼型舵面；步骤三、向下并且向主翼的前缘方向平移所述非对称翼型舵面，使其与所述主翼错位，产生错位缝隙，确定当前错位位置的舵面效率；步骤四、重复所述步骤三，确定舵面效率最优的错位位置；步骤五、当舵面控制效率无法达到控制需求时，改变舵面与主翼的相对位置，使舵面平移到...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐中阳，宗思宇，王廷奎，潘翀，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：