劉敬禮

中國飛行試驗研究院飛機所

副翼偏轉(zhuǎn)對副翼受載的影響

劉敬禮

中國飛行試驗研究院飛機所

常規(guī)布局飛機的滾轉(zhuǎn)機動是依靠副翼的差動偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)的，為此必須考慮各種滾轉(zhuǎn)機動狀態(tài)下副翼的嚴重受載情況。通過對副翼進行多種角度的載荷地面校準(zhǔn)試驗，來研究副翼偏度對副翼載荷方程系數(shù)的影響，并將其應(yīng)用于飛行試驗數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測副翼偏度對飛行載荷的影響。

某型機在高空超音速下，做常規(guī)對稱拉起動作（左右升降副翼下偏21.2°），法向過載達到6.0，左壓桿滾轉(zhuǎn)改出時，左側(cè)內(nèi)副翼接頭發(fā)生斷裂。在該型飛機的改進型進行飛行驗證前，特意做了多偏度的副翼載荷校準(zhǔn)試驗，以期發(fā)現(xiàn)偏度對載荷方程系數(shù)的影響，并用于分析滾轉(zhuǎn)機動副翼偏度對副翼受載的影響。

應(yīng)變改裝

某型機機翼后緣帶升降副翼，兼作升降舵和副翼用，以實現(xiàn)飛機的俯仰和滾轉(zhuǎn)操作。內(nèi)、外側(cè)升降副翼偏度（垂直于轉(zhuǎn)軸）±30°，后緣上偏為負，后緣下偏為正。內(nèi)、外側(cè)升降副翼分別通過三對耳片式懸掛接頭與機翼相連。升降副翼下翼面，安裝有與作動器相連的操縱支座。在飛機內(nèi)、外側(cè)升降副翼操縱支座上分別加裝4路應(yīng)變計電橋，彎矩電橋3路，剪力電橋1路，用來測量內(nèi)外升降副翼所受的鉸鏈力矩，電橋1、2、3、4、3B位于（左、右）內(nèi)升降副翼上，電橋5、6、7、8，7B位于（左、右）外升降副翼上，其中電橋2、6為剪力電橋，其余為彎矩電橋。見應(yīng)變改裝示意圖1。

校準(zhǔn)試驗

內(nèi)、外升降副翼載荷方程系數(shù)

內(nèi)、外升降副翼上各有四個加載點，加載點位置見圖2和圖3。載荷校準(zhǔn)試驗時內(nèi)、外升降副翼分0°、－25°、+25°三種偏度進行。采取臺階的方式進行加載和卸載，進行兩次加卸載以驗證應(yīng)變響應(yīng)的重復(fù)性。

載荷校準(zhǔn)試驗中發(fā)現(xiàn)內(nèi)升降副翼加載時，應(yīng)變1的響應(yīng)很小接近零；外升降副翼加載時，外升降副翼上相似位置處應(yīng)變片5響應(yīng)也很小。在真實飛行試驗數(shù)據(jù)中應(yīng)變片1、5響應(yīng)也很小。

分析載荷校準(zhǔn)試驗數(shù)據(jù)，僅選取一個應(yīng)變電橋建立載荷方程時，內(nèi)升降副翼選取應(yīng)變4，外升降副翼選取應(yīng)變片8。三種偏度下、四個加載點分別加載時。將同一偏度下，對四個加載點先后加載的響應(yīng)和載荷合為一個，進行計算得到如下的載荷方程系數(shù)對比圖4，發(fā)現(xiàn)副翼偏度在下偏時，方程系數(shù)變化較小；偏度在上偏時，方程系數(shù)變化較大。

圖1 內(nèi)、外副翼應(yīng)變改裝示意圖

圖2 內(nèi)副翼加載點示意

圖3 外副翼加載點示意

結(jié)論

升降副翼載荷校準(zhǔn)試驗中，考慮到副翼加載接觸面為復(fù)合材料，將校準(zhǔn)載荷普遍施加到其限制載荷的11%～12%。通過對載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論：

1）當(dāng)升降副翼偏度從下偏到零偏再到上偏這三種狀態(tài)變化，選擇一個應(yīng)變電橋建立載荷方程時，其方程系數(shù)是呈增大趨勢變化，且上偏段的斜率大于下偏段的斜率；

2）左外副翼與右外副翼系數(shù)有明顯差異，究其原因可能是貼片質(zhì)量引起的；

3）當(dāng)時間和人力受限不足以進行多偏度校準(zhǔn)時，可考慮僅校準(zhǔn)最安全、最保守的上偏角度（－25°），但是這樣做卻給后續(xù)的飛行載荷預(yù)測帶來較大的誤差。

圖4 三種偏度下，升降副翼載荷方程系數(shù)對比圖

圖5 Hp=3Km，Ma=0.95，常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)時，三種偏度下左升降副翼的預(yù)測載荷和偏度的關(guān)系

圖6 Hp =8km，Ma=0.8，常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)，副翼載荷

圖7 常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)時，副翼上的實測載荷

飛行數(shù)據(jù)

滾轉(zhuǎn)機動是通過操縱內(nèi)、外升降副翼的差動偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，且同一側(cè)的內(nèi)、外升降副翼偏轉(zhuǎn)相同角度，滾轉(zhuǎn)機動是以向右滾轉(zhuǎn)為正，此時左升降副翼下偏右升降副翼上偏。分析載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，分別對內(nèi)、外升降副翼建立載荷方程。將三種偏度下計算得到的載荷方程結(jié)合實際飛行的應(yīng)變響應(yīng)，來預(yù)測飛行中副翼受到的鉸鏈力矩，并分析三種偏度下的預(yù)測誤差。分析常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)機動的飛行實驗數(shù)據(jù)得知：

1）滾轉(zhuǎn)機動時，左側(cè)內(nèi)、外升降副翼的載荷曲線與左副翼偏度曲線變化趨勢大致相同，如圖5所示。右側(cè)內(nèi)、外升降副翼的載荷曲線與右副翼偏度曲線變化趨勢大致相同；

2）副翼偏度設(shè)計值是±30°，飛行中使用偏度為±13°，而載荷校準(zhǔn)試驗做了+25°、0°和－25°三種角度。僅憑現(xiàn)有偏度的載荷校準(zhǔn)數(shù)據(jù)建立載荷方程來評估副翼受載是不夠的，其誤差是很大的，見圖5。當(dāng)副翼下偏時，以0°校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得到的方程進行載荷預(yù)測是最安全、最保守的；副翼上偏時，以－25°校準(zhǔn)數(shù)據(jù)得到的方程進行載荷預(yù)測是最安全、最保守的?？紤]較少偏度校準(zhǔn)帶來的預(yù)測誤差，建議在時間和人力許可的情況下，對副翼進行多偏度的載荷校準(zhǔn)試驗；

3）在飛行中，發(fā)現(xiàn)在同一個滾轉(zhuǎn)機動中，左（右）內(nèi)、外副翼上承受的載荷是有可能同時達到極大載荷值，這種情況將嚴重考驗副翼受載，如圖6所示。

4）對常規(guī)非協(xié)調(diào)360°滾轉(zhuǎn)來說，同一高度下，速度越大，升降副翼承受的載荷越大；同一速度下，高度越大，升降副翼承受的載荷越小，這跟飛行理論分析是一致的。見圖7為右側(cè)滾轉(zhuǎn)計算結(jié)果。

結(jié)語

飛行試驗中發(fā)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)機動時，副翼上的載荷曲線與副翼偏角曲線變化趨勢是相似的；

副翼偏度從下偏到零偏再到上偏，在這三種狀態(tài)下，其載荷方程系數(shù)是呈增大趨勢變化的；

考慮到僅校準(zhǔn)三種偏度帶來的載荷預(yù)測誤差，建議對副翼進行多偏度（大于5種角度）載荷校準(zhǔn)，以便能對載荷方程系數(shù)進行插值，進而使計算值能更準(zhǔn)確的接近飛行中的實際載荷值。

劉敬禮（1982- ）男，山東臨朐人，工程師，現(xiàn)從事飛機載荷測量工作。