飞机的侧向操纵

1、 5.7.1飞机的侧向操纵1.偏转副翼对飞机进行侧向操纵对飞机的侧向操纵是通过偏转副翼来完成的。副翼是指安装在机翼后缘转轴上的小操纵面（见图5-22）。副翼的偏转角用x表示。规定右侧副翼向下偏，左侧副翼向上偏时，x为正值。根据驾驶员的生理习惯，正常的操作动作是: 驾驶员向左扳动驾驶杆（或向左转驾驶盘），左机翼上的副翼向上偏转，右机翼上的副翼向下偏转（x>0），左机翼的升力减小，右机翼的升力增加，两机翼上的不对称升力产生的力矩使飞机向左滚转（Mx <0）（见图5- 23）。如果向右扳动驾驶杆，产生的运动与上述情况正好相反。侧向操纵时,副翼偏转角x与所产生的力矩Mx的符号相反。图5-2

2、2 飞机上的增升装置和操纵面2.偏转副翼引起的有害偏航偏转副翼不仅产生滚转力矩，也会产生偏航力矩，偏航力矩值虽然比较小，但对飞机的操纵不利，被称为有害偏航。有害偏航的产生主要是由于副翼上、下偏转时，不但机翼的升力发生变化，左右不对称；机翼的阻力也发生变化，左右不对称的阻力产生偏航力矩。 比如，将驾驶杆向左扳动，左侧副翼向上偏转，左侧机翼的升力减小，伴随升力产生的诱导阻力也就减小，使左侧机翼总阻力减小；右侧副翼向下偏转，右侧机翼的升力增加，伴随升力产生的诱导阻力也就增图5-23 飞机的侧向操纵原理1- 驾驶杆；2-右副翼；3-左副翼；M-滚转力矩；O-飞机重心；v-相对风速；-副翼偏转角加了,使

3、右侧机翼总的阻力增加。这样,右机翼的阻力大于左机翼阻力。阻力发生变化的部位又靠近机翼翼梢处,到飞机对称面的力臂较长,于是就产生了足够使飞机绕立轴OYt,向右偏转的偏航力矩。这种偏航力矩的出现造成两个不利的影响: 一个是飞机绕立轴向右偏转, 出现左侧滑,由于飞机的侧向静稳定性, 侧滑产生的滚转力矩使飞机向右滚转,这与向左扳动驾驶杆, 使飞机向左滚转的操纵目的相反,减少了向左滚转的操纵力矩,从而降低了副翼的操纵效率。另一个不利的影响是,向左扳动驾驶杆,使飞机向左滚转,是为了使飞机向左进入盘旋,但两翼阻力不等产生的偏航力矩却使飞机机头向右偏转,这对飞机的水平转弯操纵也不利。综合以上两点,偏转副翼引起

4、的偏航力矩是有害的。为了克服有害偏航,可采用差动副翼。差动副翼是指对于驾驶杆的同一行程,副翼上偏角度大于下偏角度的副翼,如图5-23所示。这种副翼是通过在副翼上偏一侧机翼上产生较大的废阻力,去平衡另一侧机翼上的过大的诱导阻力,来消除有害偏航。另一种可以用来克服有害偏航的副翼是弗来兹(Frise)副翼(见图5-24)。这种副翼是将副翼的转轴由副翼的前缘向后移,并安排在副翼的下表面。这样,副翼向下偏转时,即使达到最大偏转角,副翼的前缘也不会露出机翼的上表面;而当副翼向上偏转时,即使偏转很小的角度,副翼的前缘也会露出机翼的下表面,产生较大的废阻力,去平衡副翼下偏一侧较大的诱导阻力,消除副翼偏转产生的

5、有害偏航。使用弗来兹副翼的飞机(MD-82),副翼上下偏转角度是相等的。图5-24 弗莱兹（Frise）副翼3.副翼操纵的失效和反逆问题飞行中,由于机翼弹性变形(扭转变形)的影响,副翼完全丧失作用或产生相反作用的现象,称为副翼的失效或反逆。( 1 ) 副翼操纵的失效和反逆是怎样产生的在不考虑机翼弹性变形的情况下,当副翼向下偏转时,在机翼上产生向上的附加气动力L1,。实际上机翼是弹性体,副翼一般又安装在扭转刚度较低的机翼翼梢部位,在L1作用下,机翼产生低头扭转(见图5-25),使机翼有效迎角减小,产生向下的附加气动升力L扭。同样,在副翼上偏一侧,由于附加气动力L2向下作用,使机翼抬头扭转,产生向

6、上的附加气动升力L扭。偏转副翼产生的附加升力L1、L2形成使飞机滚转的操纵力矩 M1, 而由于机翼的扭转变形产生的附加升力L扭又形成与M1方向相反的力矩M2,从而降低副翼的操纵效率(见图5 -25)。图5-25 副翼反逆的产生随着飞行速度的提高,操纵力矩M1和反力矩M2都在增加,但由于反力矩M2是由附加升力L1，2造成机翼扭转变形而引起的, 它不但随着飞行速度增加而增加,附加升力L1，2的增加也会使它增加,所以它比操纵力矩M1增加得更快。从图4-26可以看到,当飞行速度较小时, M1 >M2, 副翼的操纵效率虽有所降低, 但仍能对飞机进行正常的侧向操纵。当飞行速度达到某一值时, M1 =

7、M2, 再操纵副翼就不会产生滚转力矩了,这种现象叫副翼失效。这个飞行速度称为副翼反逆临界速度V临界。当飞行速度>临界时, M1 <M2,再向左压驾驶杆(或左转驾驶盘)时,飞机反而会向右滚转;向右压驾驶杆(或右转驾驶盘)时,飞机反而会向左滚转,出现这种情况叫副翼反逆。图5-26 力矩M1、M2随飞行速度变化的情况为了提高副翼的操纵效率,防止副翼反逆,保证飞行安全,必须使飞机飞行速度小于副翼反逆临界速度V临界。通常要求飞机的最大允许速度比V临界低100 km/h。所以,为了提高飞机的飞行速度, 必须要提高副翼反逆临界速度。 ( 2 ) 提高副翼反逆临界速度的措施提高机翼的抗扭刚度机翼的

8、扭转刚度越大,在L1、L2作用下机翼产生的扭转角越小, L扭組就越小,力矩M2就越小,副翼反逆临界速度也就越高。使副翼反逆临界速度比飞机设计达到的最大允许速度高出一定数值,是设计飞机时机翼扭转刚度必须达到的基本条件之一。在飞机使用维修中,则应注意不能使机翼受到损伤,以致降低机翼的扭转刚度。比如,机翼蒙皮上的疲劳裂纹、蒙皮腐蚀损伤、碰撞造成的外形凹陷等,都应在维修中及时发现,并进行排除和修理。采用混合副翼的类型在每侧机翼的后缘安排两组副翼: 一组要安排在靠近机翼翼梢部位,叫外侧副翼;一组安排在靠近机翼翼根部位, 叫内侧副翼, 如图4-22所示。两组副翼合称为混合副翼。低速飞行时,可用两组副翼(或

9、外侧副翼)对飞机进行側向操纵,提高副翼的操纵效率;高速飞行时,只用内侧副翼对飞机进行侧向操纵。因为,内侧副翼靠近机翼翼根,机翼扭转刚度大,不会产生副翼失效或反逆,保证飞行安全。因此,内侧副翼也称为全速副翼,外侧副翼也称为低速副翼。4. 提高飞机侧向操纵效率的措施(1)扰流板扰流板是矩形板件,前缘有铰链形成的一条转轴。一般布置在机翼上表面、襟翼的前边(见图5-22)。不工作时,贴附在机翼上表面,扰流板外表面与机翼外形取平,形成光滑表面;工作时, 绕转轴转动向上向前打开,扰流板平面与机翼上表面形成一定的角度(见图5 -27) 。图5-27 扰流板的作用和位置（a）扰流板未打开时与机翼表面齐平；（b

10、）扰流板打开产生大量旋涡；（c）在机翼表面上，扰流板的位置；1-扰流板；2-副翼；3-襟翼当偏转副翼对飞机进行侧向操纵,在副翼偏转角达到一定值时,副翼向上偏转一侧机翼上的扰流板在联动机构作用下也向上打开。这样,扰流板前压强增大,板后气流分离使副翼上偏一侧机翼的升力进一步减小,加大了横滚力矩,提高了副翼对飞机的侧向操纵效率。扰流板存在着一个比较严重的缺点:在它打开的一瞬间,气流绕过扰流板加速流动,不能立即在板后面产生旋涡,这时升力反而会略有增加。这与我们打开扰流板要达到的目的相反。 因此扰流板不宜单独使用,而且使用时必须在副翼先向上偏转一定角度后,联动机构才能将扰流板打开,扰流板打开的角度与副翼

11、偏转角度有一定搭配关系。目前一些大型民用运输机都在机翼上表面、襟翼前边布置数块扰流板,靠近机身几块为地面扰流板,靠外侧几块为飞行扰流板(见图5-22)。飞机飞行时,地面扰流板被锁定,飞行扰流板辅助副翼完成对飞机侧向操纵;着陆时,机轮一接触地,地面扰流板开锁,飞机两侧机翼上的所有扰流板全部打开,减升增阻,缩短飞机着陆滑跑距离。扰流板是一种十分有效的辅助操纵面,飞行时可以辅助副翼对飞机进行侧向操纵,或在飞行中使飞机减速;着陆时,又减升增阻起到阻力板作用,改善飞机着陆性能。(2)涡流发生器涡流发生器是利用旋涡从外部气流中将能量带进附面层,加快附面层内气流流动,防止气流分离的装置。它的构造在前面已经作过介绍(参见图3 -47)。一些飞机常在机翼上表面、副翼的前面安排涡流发生器(见图5 -28)。它的作用是提高副翼在大偏转角和高速下的操纵效率。图5-28 副翼前面装有涡流发生器的飞机当副翼偏转角度x不大时,产生的滚转力矩Mx随偏转角的增加而成线性变化。当x较大时,副翼表面附面层内气流的流动因动能过小而分离,破坏了Mx与x的线性