质量平衡气动补偿和气动平衡飞行原理课件

质量平衡、气动补偿和气动平衡主讲人：徐峰《飞行原理》01.质量平衡02.气动补偿03.气动平衡目录contents质量平衡质量平衡的目的质量平衡是在操纵面前缘内部加配重，使操纵面的重心前移，移到转轴之前。目的是防止颤振。飞机结构在均匀气流中，由于弹性力、惯性力和气动力的耦合作用而发生的一种自激振动。当激振力对结构所做的功等于或大于阻尼力所消耗的能量时，就会发生颤振。颤振图4-34机翼弯曲振动时，副翼的偏转情况（a）上下偏离情况；（b）结合飞机距离示出质量平衡质量平衡的目的质量平衡是在操纵面前缘内部加配重，使操纵面的重心前移，移到转轴之前。目的是防止颤振。颤振时，振幅保持定值或越来越大，结果会在很短时间内，导致灾难性的结构毁坏，带来严重的后果。飞机上有各种振动运动的组合都可能产生颤振，现在仅以机翼弯曲副翼颤振为例子说明对操纵面进行质量平衡的作用。图4-34机翼弯曲振动时，副翼的偏转情况（a）上下偏离情况；（b）结合飞机距离示出质量平衡质量平衡的方法对操纵面进行质量平衡加配重的方法有两种。一种是集中配重，就是使用一些集中配重物，通过支架安装在操纵面前缘距转轴较远的地方。这种配重方法增加质量少，使操纵面重心前移效果显著。但由于配重往往会突出在气流中【如图所示】会增加阻力。而且这种配重将质量集中在操纵面的某个截面上，并不满足动平衡对操纵面质量沿展向变化均匀、连续的要求，所以防颤振效果较差。图4-35操纵面上的配重（a）集中配重；（b）分散配重1-操纵面；2-配重；3-尾翼质量平衡质量平衡的方法对操纵面进行质量平衡加配重的方法有两种。另一种方法是分散配重。将配重物沿操纵面前缘分散布置【如图所示】。这种配重方法达到配重要求所需配重物的质量大，但它的气动外形好，不会增加阻力;而且使操纵面各截面质量都得到平衡，防止颤振效果好，在高速飞机上得到广泛的应用。图4-35操纵面上的配重（a）集中配重；（b）分散配重1-操纵面；2-配重；3-尾翼气动补偿铰链力矩Mj=F×d作用在舵面上的气动力对舵面转轴的力矩，称为铰链力矩，用Mj表示。由图4-36可得出图4-36铰链力矩1-操纵面；2-尾翼面；3-转轴；a-操纵拉杆；b-摇臂气动补偿铰链力矩Mc=P×h偏转舵面时，必须用传动杆力P对转轴形成的力矩来克服铰链力矩。克服铰链力矩使舵面偏转的力矩称为操纵力矩，用Mc表示。由图4-36可得出图4-36铰链力矩1-操纵面；2-尾翼面；3-转轴；a-操纵拉杆；b-摇臂气动补偿Mc≥Mjp×h≥F×d要使舵面偏转必须满足：因此拉杆上的力p≥F×d/h图4-36铰链力矩1-操纵面；2-尾翼面；3-转轴；a-操纵拉杆；b-摇臂气动补偿01轴式补偿气动补偿的方式轴式补偿是将操纵面转轴从前缘向后移动一段距离，从而达到减少铰链力矩的一种简单气动补偿方法。气动补偿02角式补偿角式补偿通常是在操纵面的外侧部位(或上侧部位)，操纵面的一-部分向前伸出，伸到操纵面转轴之前，形成-一个角(如图所示)。这个角的面积一般占操纵面面积的6%~12%。当操纵面偏转时，外伸角部分上的气动力对转轴力矩，与操纵面上气动力对转轴的力矩，方向相反，减少总铰链力矩，起到气动补偿的作用，这叫角式补偿。气动补偿03内封补偿图4-39示出内封补偿的两种形式：密封布式和平衡板式。内封补偿多用于副翼的气动补偿上。它是利用副翼前缘和机翼后部之间的空腔。在空腔中安装有摆板、平衡板(平衡板式的)或气密的玻璃纤维布(密封布式的)，将空腔分成上、下不通气的两个室。副翼向下偏转时【如图所示】，将上室打开，下室封闭，上室内空气随气流流走形成负压，上下室内压力差形成的气动力对副翼转轴的矩与副翼上气动力对转轴的矩相反，减少铰链力矩，起到气动补偿的作用。气动补偿04随动补偿片随动补偿是利用随动补偿片来进行气动补偿。随动补偿片(又称为伺服补偿片)是安装在操纵面后缘上的一个小调整片。它可以绕支持在操纵面上铰链形成的轴线转动，并通过一根刚性连杆与前面固定翼面相连（如图所示）。随动补偿片对操纵面的气动补偿与操纵力大小无关。只要操纵面偏转，随动补偿片就向相反方向偏转，进行气动补偿。气动补偿05弹簧补偿片图4-41所示的弹簧补偿片的构造如下:操纵面的操纵摇臂铰接在操纵面转轴上，是一个可绕转轴转动的杠杆。摇臂上端与操纵拉杆相连，而下端则通过一个弹簧筒与操纵面上的承力件相连。摇臂的下端还通过一个长度不变的传动杆与补偿面上的摇臂相连。当操纵力较小时，操纵拉杆通过摇臂作用在弹簧筒中弹簧上的力不能将弹簧拉开，此时弹簀筒就是个刚性连杆，力通过它传到操纵面承力件上，带动操纵面偏转，传动杆带动补偿片随操纵面同向偏转，不起气动补偿的作用。气动补偿05弹簧补偿片图4-41所示的弹簧补偿片的构造如下:当操纵力达到一定值时，操纵拉杆通过摇臂作用在弹簀简中弹簧上的力将弹簀拉开，弹簧不但把力传给操纵面的承力件，使操纵面偏转，而且由于弹簧筒长度的改变，操纵面上的摇臂相对操纵面转轴发生转动，摇臂下端点发生移动，通过传动杆带动补偿片向相反方向偏转，进行气动补偿。气动平衡

气动平衡是在飞机处于某一飞行状态时，完全消除驾驶杆力，实现松杆飞行。气动平衡装置有调整片和可变安装角的水平安定面两种。气动平衡调整片固定调整片这是一种在飞行中固定不动的调整片。由于飞机生产制造的误差，造成飞机结构重力不平衡、气动外形不对称等，使飞机试飞时，驾驶员感到飞机上存在某种不平衡力矩。根据试飞结果，改变固定调整片向上、向下的弯曲角度，消除这些不平衡力矩。一旦调好后，这些调整片就固定了，在飞行中不能改变。气动平衡配平调整片是安装在操纵面后面的一个小翼面，可绕其支持在操纵面上的铰链形成的轴线转动。驾驶员使用配平手轮或电门，驱动电动机或涡轮螺杆来控制，如图4-42所示。气动平衡随动配平补翼这是一种将随动补偿和配平两种功能结合起来的一种调整片，如图所示。调整片通过一刚性连杆与固定翼面上的摇臂相连，而摇臂又受到配平操纵机构的控制。驾驶员偏转操纵面时，由于刚性连杆的作用，调整片向相反方向转动，起到气动补偿的作用。当飞机达到某一飞行状态后，驾驶员再通过配平操纵，转动摇臂4，使调整片继续向相反方向偏转，以完成抵消铰链力矩，达到在这一飞行状态下的松杆飞行。气动平衡可变安装角的水平安定面这是目前高速大型飞机常采用的一种气动配平的装置。这种水平安定面与一般水平尾翼的安定面不同，它的后梁固定在一个铰链支承上，前梁的下方通过万向节与水平安定面配平作动器相接（如图所示）。驾驶员可通过配平手轮或配平电门驱动配平作动器升高或降低前梁的支点，使安定面绕后梁的铰支点转动，改变其安装角，达到纵向配平的目的。水平安定面的安装角变化范围一般在一12°~+3°之间。气动平衡在起飞过程中，通过改变安定面的角度