副翼偏轉對副翼受載的影響

劉敬禮

中國飛行試驗研究院飛機所

副翼偏轉對副翼受載的影響

劉敬禮

中國飛行試驗研究院飛機所

常規(guī)布局飛機的滾轉機動是依靠副翼的差動偏轉實現的，為此必須考慮各種滾轉機動狀態(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試驗，來研究副翼偏度對副翼載荷方程系數的影響，并將其應用于飛行試驗數據的分析，預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，左壓桿滾轉改出時，左側內副翼接頭發(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試驗，以期發(fā)現偏度對載荷方程系數的影響，并用于分析滾轉機動副翼偏度對副翼受載的影響。

應變改裝

某型機機翼后緣帶升降副翼，兼作升降舵和副翼用，以實現飛機的俯仰和滾轉操作。內、外側升降副翼偏度（垂直于轉軸）±30°，后緣上偏為負，后緣下偏為正。內、外側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、外側升降副翼操縱支座上分別加裝4路應變計電橋，彎矩電橋3路，剪力電橋1路，用來測量內外升降副翼所受的鉸鏈力矩，電橋1、2、3、4、3B位于（左、右）內升降副翼上，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。見應變改裝示意圖1。

校準試驗

內、外升降副翼載荷方程系數

內、外升降副翼上各有四個加載點，加載點位置見圖2和圖3。載荷校準試驗時內、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變響應的重復性。

載荷校準試驗中發(fā)現內升降副翼加載時，應變1的響應很小接近零；外升降副翼加載時，外升降副翼上相似位置處應變片5響應也很小。在真實飛行試驗數據中應變片1、5響應也很小。

分析載荷校準試驗數據，僅選取一個應變電橋建立載荷方程時，內升降副翼選取應變4，外升降副翼選取應變片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和載荷合為一個，進行計算得到如下的載荷方程系數對比圖4，發(fā)現副翼偏度在下偏時，方程系數變化較??；偏度在上偏時，方程系數變化較大。

圖1 內、外副翼應變改裝示意圖

圖2 內副翼加載點示意

圖3 外副翼加載點示意

結論

升降副翼載荷校準試驗中，考慮到副翼加載接觸面為復合材料，將校準載荷普遍施加到其限制載荷的11%～12%。通過對載荷校準數據的分析，得到以下結論：

1）當升降副翼偏度從下偏到零偏再到上偏這三種狀態(tài)變化，選擇一個應變電橋建立載荷方程時，其方程系數是呈增大趨勢變化，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有明顯差異，究其原因可能是貼片質量引起的；

3）當時間和人力受限不足以進行多偏度校準時，可考慮僅校準最安全、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對比圖

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

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

圖7 常規(guī)非協(xié)調360°滾轉時，副翼上的實測載荷

飛行數據

滾轉機動是通過操縱內、外升降副翼的差動偏轉來實現，且同一側的內、外升降副翼偏轉相同角度，滾轉機動是以向右滾轉為正，此時左升降副翼下偏右升降副翼上偏。分析載荷校準數據，分別對內、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合實際飛行的應變響應，來預測飛行中副翼受到的鉸鏈力矩，并分析三種偏度下的預測誤差。分析常規(guī)非協(xié)調360°滾轉機動的飛行實驗數據得知：

1）滾轉機動時，左側內、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。右側內、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）副翼偏度設計值是±30°，飛行中使用偏度為±13°，而載荷校準試驗做了+25°、0°和－25°三種角度。僅憑現有偏度的載荷校準數據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。當副翼下偏時，以0°校準數據得到的方程進行載荷預測是最安全、最保守的；副翼上偏時，以－25°校準數據得到的方程進行載荷預測是最安全、最保守的?？紤]較少偏度校準帶來的預測誤差，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試驗；

3）在飛行中，發(fā)現在同一個滾轉機動中，左（右）內、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360°滾轉來說，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為右側滾轉計算結果。

結語

飛行試驗中發(fā)現滾轉機動時，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，其載荷方程系數是呈增大趨勢變化的；

考慮到僅校準三種偏度帶來的載荷預測誤差，建議對副翼進行多偏度（大于5種角度）載荷校準，以便能對載荷方程系數進行插值，進而使計算值能更準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，現從事飛機載荷測量工作。