三發(fā)V尾無(wú)副翼控制體系飛行器的研發(fā)

王天誠(chéng) 武耀罡 柳燦

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714017

摘要：本飛行器是一種V尾布局的飛行器，尤其是3顆發(fā)動(dòng)機(jī)與V尾混合控制的飛行器。主要是通過(guò)機(jī)翼兩端外置的發(fā)動(dòng)機(jī)和V尾對(duì)飛行器進(jìn)行控制，該控制方式主要是由雙副發(fā)動(dòng)機(jī)（安放在機(jī)翼1/3處和2/3處）差速提供偏航力矩，機(jī)翼上反角提供滾轉(zhuǎn)自修正力矩及V尾提供滾裝力矩及升降力矩。該方式與普通布局飛行器及v尾布局飛行器最大的不同在于該飛行器不需要副翼提供滾轉(zhuǎn)力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解決了V尾飛行器無(wú)偏航舵面的缺點(diǎn)和普通布局飛行器控制機(jī)構(gòu)及舵面復(fù)雜的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；飛行器；無(wú)副翼；V尾

1 技術(shù)背景

小型飛機(jī)（翼展315米）的機(jī)翼氣動(dòng)扭轉(zhuǎn)載荷一直是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，當(dāng)飛機(jī)偏轉(zhuǎn)副翼滾轉(zhuǎn)時(shí)，若飛機(jī)在滿載的情況下，升力邊產(chǎn)生的巨大升力差在使飛機(jī)滾轉(zhuǎn)的同時(shí)也帶來(lái)巨大的扭轉(zhuǎn)載荷，可能造成機(jī)翼的氣彈發(fā)散（因扭轉(zhuǎn)載荷過(guò)大而引起的機(jī)翼變形），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐筛币硎Щ蚍葱У任ｋU(xiǎn)狀況。這就要求大翼載荷的小型飛行器的機(jī)翼扭轉(zhuǎn)剛度較高，或者使用其他的控制方式對(duì)其飛行器進(jìn)行滾轉(zhuǎn)控制。

2 設(shè)計(jì)方案

本飛行器主要是通過(guò)機(jī)翼兩端外置的發(fā)動(dòng)機(jī)和V尾對(duì)飛行器進(jìn)行控制，提出了一種新型控制理念。該控制方式主要是由雙副發(fā)動(dòng)機(jī)（安放在機(jī)翼1/3處和2/3處）差速提供偏航力矩，機(jī)翼上反角提供滾轉(zhuǎn)自修正力矩及V尾提供滾裝力矩及升降力矩。該方式與普通布局飛行器及v尾布局飛行器最大的不同在于該飛行器不需要副翼提供滾轉(zhuǎn)力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解決了V尾飛行器無(wú)偏航舵面的缺點(diǎn)，普通布局飛行器控制機(jī)構(gòu)及舵面復(fù)雜的缺點(diǎn)。

作為優(yōu)選，所述的飛行器的3顆發(fā)動(dòng)機(jī)均為力效（拉力與輸入功率的比值）超過(guò)10的高效電動(dòng)機(jī)，其主發(fā)動(dòng)機(jī)位于飛機(jī)機(jī)頭部位，其推力占總推力的2/3，其位于機(jī)翼1/3處和2/3處的兩臺(tái)副發(fā)動(dòng)機(jī)推力占總推力的1/3。這樣的動(dòng)力分配能效最大化，占用體積小。兩臺(tái)推力較小的發(fā)動(dòng)機(jī)放在機(jī)翼1/3處和2/3處，在保證偏轉(zhuǎn)力矩的前提下將主推力放在機(jī)頭部位保證了整機(jī)穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，所述的機(jī)翼布局為兩段上反式，上反的位置是機(jī)翼的1/3處和和2/3處，上反角度在810度。上反的面積展總機(jī)翼面積的75%±2%。這使樣的設(shè)計(jì)正好可以抵消飛機(jī)因偏航產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩。

作為優(yōu)選，所述的V尾投影面積占機(jī)翼面積的16.6%，本飛行器使用的V尾布局為倒置V尾，張角為108度。所述V型尾翼包括安定面和舵面，舵面占V尾面積的1/3。較大的V尾面積和舵面面積在控制飛機(jī)升降和修正滾轉(zhuǎn)時(shí)有較好的效果。當(dāng)兩個(gè)舵面交錯(cuò)擺動(dòng)時(shí)，起到控制飛行器滾轉(zhuǎn)的效果，功能相似于副翼；當(dāng)兩個(gè)舵面同向上下擺動(dòng)時(shí)，起到控制飛行器俯仰的效果，此時(shí)為升降舵。該舵面可混合控制，既為升降舵，又差動(dòng)控制滾裝，在本設(shè)計(jì)中，飛行器擁有自修正滾轉(zhuǎn)的能力，故該尾翼控制滾轉(zhuǎn)為輔助功能，主要功能為升降舵。

3 結(jié)語(yǔ)

因此，本飛行器具有布局新穎，簡(jiǎn)單實(shí)用，制造簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，尤其是為現(xiàn)在的小型飛行器提出一種新的設(shè)計(jì)思路，能夠使飛行器在無(wú)副翼的情況下使用V尾滾轉(zhuǎn)，差速偏航。因而在設(shè)計(jì)某些特殊飛行器式可以使用。

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