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        考慮地面效應(yīng)的超低空空投載機(jī)縱向穩(wěn)定性評(píng)估方法

        2019-10-24 08:53:37雒東超張曉敏王文星石佳雨
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年24期
        關(guān)鍵詞:效應(yīng)

        雒東超 張曉敏 王文星 石佳雨

        摘? 要:地面效應(yīng)引起的鏡像渦系對(duì)超低空空投任務(wù)影響顯著,文章在分析地面效應(yīng)對(duì)某運(yùn)輸機(jī)縱向氣動(dòng)特性影響的基礎(chǔ)上,研究了地面效應(yīng)對(duì)某運(yùn)輸機(jī)靜、動(dòng)穩(wěn)定性的影響?;赗outh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù),推導(dǎo)了保證執(zhí)行超低空空投任務(wù)的載機(jī)其穩(wěn)定飛行的縱向氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)范圍。仿真驗(yàn)證結(jié)果表明,文章研究結(jié)論對(duì)提出執(zhí)行超低空空投載機(jī)的任務(wù)性能指標(biāo)和制定載機(jī)操縱品質(zhì)指標(biāo)具有重要參考價(jià)值。

        關(guān)鍵詞:超低空空投;氣動(dòng)特性;地面效應(yīng);縱向穩(wěn)定性

        中圖分類號(hào):V212.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2945(2019)24-0011-04

        Abstract: The mirror vortex system caused by the ground effect has a significant influence on the ultra-low altitude airdrop mission. Based on the analysis of the influence of the ground effect on the longitudinal aerodynamic characteristics of a transport aircraft, the influence of the ground effect on the static and dynamic stability of a transport aircraft is studied. Based on the Routh-Hurwitz stability criterion, the longitudinal aerodynamic derivative range of the aircraft carrying out the ultra-low altitude airdrop mission is derived. The simulation results show that the conclusion of this paper has important reference value for carrying out the task performance index of the ultra-low altitude aircraft and establishing the control quality index of the aircraft.

        Keywords: ultra-low altitude airdrop; aerodynamic characteristics; ground effect; longitudinal stability

        超低空空投是指利用降落傘等動(dòng)力減速器在超低空(3~10m)將重型武器裝備、給養(yǎng)等空投至指定區(qū)域[1],是提高現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭條件下作戰(zhàn)能力的必要手段[1]。

        由于超低空空投過程是在極低的高度上進(jìn)行,地面效應(yīng)產(chǎn)生的鏡像渦系對(duì)載機(jī)氣動(dòng)特性影響顯著[2]。且當(dāng)距離地面較近時(shí),載機(jī)穩(wěn)定性將嚴(yán)重惡化,危及飛行安全[2-3]。因此,有必要深入研究地面效應(yīng)影響下的載機(jī)縱向穩(wěn)定性的評(píng)估方法[2-3]。目前,國內(nèi)外對(duì)地面效應(yīng)的研究主要集中在地效引起的氣動(dòng)力理論計(jì)算[4-5]和近地飛行時(shí)穩(wěn)定性分析[6-7],而較少關(guān)注地面效應(yīng)對(duì)超低空空投過程的影響[3]。國內(nèi)部分學(xué)者考慮了飛行高度對(duì)空投載機(jī)的作用,從而在超低空空投過程仿真模型加入了地面效應(yīng)[8-9]。通過對(duì)貨物移動(dòng)引起的載機(jī)慣性張量和地面效應(yīng)的實(shí)變等效,得到氣動(dòng)參數(shù)的不確定性,并設(shè)計(jì)了超低空空投縱向反步滑??刂坡蒣10]。上述文獻(xiàn)[8-10]并未針對(duì)地面效應(yīng)對(duì)空投任務(wù)性能以及載機(jī)動(dòng)力學(xué)特性的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。

        本文研究了考慮地面效應(yīng)作用的載機(jī)超低空空投動(dòng)力學(xué)特性,評(píng)估載機(jī)的縱向穩(wěn)定性,以高度模態(tài)為主要研究對(duì)象,提出了飛行品質(zhì)指標(biāo),并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

        1 考慮地面效應(yīng)的空投載機(jī)縱向動(dòng)力學(xué)特性

        地面效應(yīng)對(duì)超低空飛行的載機(jī)縱向氣動(dòng)力及力矩的影響主要由以下三部分組成:附著渦引起的升力系數(shù)變化、自由渦引起的升力系數(shù)變化、平尾的升力與下洗角變化[3,6,7]。

        1.1 升力系數(shù)隨附著渦變化規(guī)律

        附著渦引起的升力系數(shù)變化ΔCL表示為:

        1.2 升力系數(shù)隨自由渦變化規(guī)律

        無地面效應(yīng)時(shí),升力系數(shù)CL表示為:

        2 超低空空投載機(jī)縱向穩(wěn)定性評(píng)估方法

        2.1 靜穩(wěn)定性評(píng)估方法

        縱向靜穩(wěn)定性主要指俯仰靜穩(wěn)定性,采用靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)Cmα來衡量[5]。對(duì)于超低空空投載機(jī),由于存在地效作用,因此主要考慮高度靜穩(wěn)定性,即當(dāng)飛機(jī)定直平飛時(shí),飛行高度受擾后,其具有恢復(fù)原高度的趨勢(shì)(Static Height Stability,HS)[7]。

        2.2 動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)估方法

        3 地效作用下的超低空空投過程仿真

        在牽引傘和貨物干擾力共同作用下,飛行員需要操作駕駛桿縱向位移,以保持飛機(jī)俯仰姿態(tài)穩(wěn)定。由于國內(nèi)關(guān)于重裝空投的品質(zhì)指標(biāo)研究較少,因此本文從載機(jī)響應(yīng)特性定量地分析空投過程地效對(duì)載機(jī)穩(wěn)定性的影響。

        3.1 地效作用下的升降舵操縱效能

        選取h=100m、V=100/m·s-1與h=10m、V=100/m·s-1兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)載機(jī)升降舵操縱效能進(jìn)行仿真分析。得到載機(jī)在有地效和無地效情況下的響應(yīng)如圖3所示。

        仿真結(jié)果顯示地效降低了載機(jī)升降舵效能,這對(duì)于空投任務(wù)安全性是極為不利的。因?yàn)樵跔恳A段,為了使貨物離機(jī)瞬間,載機(jī)可以快速爬升,飛行員需要較大操縱量,并且速度較快的縱向操縱。

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