空气动力学基础与飞行原理：主操纵面上的附加装置

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集中配重
增加重量少，重心前移 效果显著,但突出在气流 中，会增加阻力，防止 颤振效果差
• 分散配重
所需配重物的重量大，但 气动外形好，防颤振效果 好，高速飞机应用广
也可以分为固定配重和可调配重
集中式配重
分散式配重
二、气动补偿
在无助力的操纵系统中，操纵舵面上受到的力 要按一定比例传递到驾驶杆上。随着飞机飞行 速度的提高和飞机尺寸、质量的增加，驾驶杆 的操纵力矩将增大，这样就加重了驾驶员的劳 动强度，甚至达到了力不能及的程度。
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气动平衡装置不是随操纵面偏转来起作用，而是驾驶员通过独立的配平手轮或配平电门等来操纵。
气动平衡装置
➢ 调整片 ➢ 固定调整片 ➢ 配平调整片 ➢ 随动配平补翼 ➢ 可变安装角的水平安定面
1 调整片
固定调整片
由于生产制造误差，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
• 调整片转动方向与操纵面转动方向相反。调整片上产生的 气动力 对操纵面转轴的力矩与操纵面的饺链力矩方向相反，驾驶员逐渐偏 转调整片，直到铰链力矩完全被抵消，驾驶杆上没有力的感觉为止 。此时驾驶员可松杆，操纵面仍保持在被偏转的位置上，飞机即可 在这一状态下进行松杆飞行。
• 如果飞机要在新的飞行状态下获得平衡，则必须重新改变调整片相 对操纵面的角度。
2.下列关于气动补偿的哪个说法是正确的? ( )
A.随动补偿片偏转方向与舵面偏转方向相同。 B.内封补偿面不会降低舵面的操纵效率。 C.角式补偿的作用是防止飞机尾翼发生颤振。 D.配平调整片的作用是降低飞机的阻力。 答案：B
三、气动平衡
气动平衡是指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。
• 着陆下滑时，又可将安定面的安装角调到着陆时需 要的角度，以保持飞机着陆时大迎角的飞行姿态。
自动驾驶的工作情形
•自动驾驶仪进行的俯仰配平也是通过改变安定面的角度进 行的。
•工作过程：自动驾驶仪操纵升降舵偏转，根据升降舵偏转 的角度发出相应的指令给安定面配平控制组件，带动安定 面偏转，进行飞机的俯仰配平。
特点
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。
在操纵力比较小的情况下，有时并不需要补偿，否 则驾驶员 将得不到适当的偏转操纵面的感觉。
因此需要一种能根据操纵力的大小控制进行补偿的 装 置，这就是弹簧补偿片。
• 弹簧补偿片
构造
飞结果，改变固定调整片弯曲角度，以消除这些不平衡。这些调整片
飞行中不能改变
配平调整片
配平调整片是指安装在操纵面后面的一个小翼面，可绕其支持在操纵 面上的饺链形成的轴线转动。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。
配平调整片结构外形
配平调整片工作原理
• 驾驶员根据飞行情况，将操纵面偏转某一角度，达到一个稳定飞行 状态，然后就可通过 配平手轮或电门偏转配平调整片。
• 当操纵力达到一定值时，操纵拉杆通过摇臂作用在弹簧筒中弹簧上的力将 弹簧拉开，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。
操纵力达到什么值，补偿片才进行气动补偿，取决于弹 簧筒内弹簧初始张力的大小。通过选定弹簧的初始张力， 就可以将气动 补偿控制在一定范围内
角式补偿形式结构简单，但操纵面偏转时，角部分突出 在翼外形之外，将产生涡流，增加阻力，而且还会引起 操纵面振动。
• 内封补偿
•内封补偿一般用在副翼上；
两种形式 • 密封布式 • 平衡板式 结构特点
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)， 或气密玻璃纤维布 (密封布式的)，将空腔分 成上、下不通气的两个室。
气动补偿的目的就是要减小铰链力矩，减轻驾 驶员操纵飞机的疲劳程度。
1 铰链力矩 2 气动补偿的方式
• 轴式补偿 • 角式补偿 • 内封补偿 • 随动补偿片 • 弹簧补偿片
1 铰链力矩
(Mp=
所谓铰链力矩就是操纵面上的空气动力与它到操纵
面 转 轴 垂 直 距 离 ( 力 臂 ) 的（乘M积j=F。×d）
• 角式补偿
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。 这个角的面积一般约占操纵面面积的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，减小总铰链力矩，起到气动补偿的作用
方向舵角式补偿
升降舵角式补偿
气动平衡与气动补偿有什么区别？ 气动平衡有哪些装置形式？
气动平衡与气动补偿的区别
一是它们的功能不同
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气动平衡是在飞机达到某一飞行状态后，将铰链力矩完全抵消掉，驾驶员松杆，飞机仍保持这一飞行姿态；而气动补
偿则是在驾驶员偏转操纵面，对飞机进行操纵时，减小铰链力矩，减轻驾驶员操纵飞机的劳动强度。
二是操纵方式上不同
还可以在补偿面上安装配重，达到很有效的重力平衡的效果。
因为副翼偏转不能露到机翼表面之外，使用内封补偿使副翼上 下偏转角度受到了限制。
内封补偿空腔里的部件——摆板、平衡板或气密玻璃纤维布要 经常进行检査和维修，看是否有积水、磨损、锈蚀、透气等现 象，比的气密胶布易于磨损，这相对增加了作量
2022/3/17
•在起飞过程中，通过改变安定面的角度，实现自动配平， 保证速度的稳定性，就是速度配平。在飞机起飞过程中， 飞机襟翼放出，飞行的速度比较低。在自动驾驶仪并没有 工作的情况中，由于飞行速度的变化，飞机出现纵向不平 衡的情况时，根据空速信号通过安定面配平控制组件改变
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• 随动补偿片
又称为“随动调整片”或 “补偿调整片”。
它是补偿装置的一种，装在 操纵舵面(例如升降舵)后缘 的一块可偏转小翼面(有自 己的转轴)，它可以绕支持 在操纵面 上饺链形成的轴 线转动，并通过一根刚性连 杆与前 面固定翼面相连
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工作原理
•当驾驶员偏转主操纵面时，由于刚性连杆的作 用，迫使 补偿片向相反的方向偏转。这样，补偿片 上气动力对自身 转轴的力矩由刚性连杆轴力对补偿 片转轴的力矩来平衡， 而补偿片上气动力与刚性连 杆轴力的合力作用在补偿片转 轴上，此力对操纵面 转轴的力矩正好与操纵面 上的铰链 力矩方向相反，减小铰链力矩，起到气动补偿的作用
2 随动配平补翼
结构特点 是一种将随动补偿和配平两种功能结合起来的调整片
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。
工作原理
• 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，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。
• 何时会发生颤振？ 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。
• 为什么要防止颤振？ 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
• 哪里会发生颤振？ 飞机上有各种振动运动的组合都可能产生颤振。
举例-机翼弯曲副翼颤振
假设机翼是可以产生弯曲变形的弹性体，而 在抗扭方面是绝对刚硬的。副翼可绕其转轴 自由转动，而且副翼重心在转轴之后
为什么采用水平安定面改变安装角方式？
改变升降舵偏角进行纵向力矩配平比较困难
• 高速大型运输机，机身较长，重量大，重心位置变化范 围也较大，又要求有足够的静稳定性
• 特别是在飞机起飞和着陆阶段，为了使飞机起飞离地或 保持较大迎角着陆，都需要升降舵向上偏转较大角度
• 若飞机机身过长，重量较大，重心又较靠前，所需要的 偏转角度可能就超过了升降舵偏转角度的允许范围。
3 安装角可变的水平安定面
这是目前高速大型飞机常釆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 平安的安装角变化范围 一般在-12°~ +3°之间
驾驶员可通过配平手轮、 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。
为了解决这个问题，釆用了可变安装角的水平安定面。
人工操纵的具体工作情形
• 起飞前驾驶员根据飞机重量配平报告和缝翼、襟翼 位置，用配平手轮将水平安定面的安装角调整到需 要值，这样当飞机在地面滑跑加速达到前轮离地速 度时，只要操纵升降舵使它稍向上偏，就能产生足 够的抬头力矩，使机轮离地。
• 到达巡航高度后，又可将安定面的安装角调到巡航 时纵向平衡所需要的角 度。
工作原理
当副翼向下偏转时，下部压强大，上部压强小，在空 腔下部的压强比上部大，因而形成了上下压强差。这 一压强差作用在补偿面上，正好使它产生一个绕副翼 转轴的力矩，帮助驾驶员克服铰链力矩。
特点
内封补偿的补偿面积可以达到副翼面积的50%,补偿度高。
不露出机翼表面，气动外形好，增加阻力不大。也不会在副翼 前缘和机翼之间形成间隙而降低副翼的效率。
颤振分析 激振力产生过程分析
机翼弯曲振动时，副翼的偏转情况 （结合飞机距离给出）
减振力分析
•机翼弯曲振动中还有减振力作用。 • 首先是结构振动时产生的内摩擦，不断把振动能量
变为热能消耗掉。但摩擦力的大小与飞机飞行速度 无关。
• 另外，机翼上下弯曲振动，改变相对来流的迎角， 产生附加气动升力与机翼振动方向相反，也是起阻 尼作用的减振力。
所谓操纵力矩就是加到转轴摇臂上的力与它到转轴
距离的乘积。(Mc=P×h)
要求：Mc>Mj
2 气动补偿的方式
•
轴式补偿
轴式补偿是构造简单和常用的一种气动补偿方法 将操纵面的转轴从操纵面前缘向后移到某一位置。
当操纵面绕转轴偏转时，转轴前后两部分同时产生空气动力， 形成绕转轴方向相反的两个力矩，使舵面的铰链力矩减小，起到 气动补偿的作用。
飞 机 主 操 装纵 置面 上 的 附 设
主要内容
•一、质量平衡 •二、气动补偿 •三、气动平衡
一、质量平衡
1 重力平衡的目的
重力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。
2 重力平衡的方法
1 重力平衡的目的
• 什么是颤振？ 颤振是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。
• 这个减振力与飞行速度的一次方成正比。
随着飞行速度的提高，激振力和减振力都在增加，但激振 力比减振力增加得快。
飞行速度较低时，激振力小于减振力，机翼弯曲振动会很 快收敛。
当飞行速度达到某一值（颤振 临界速度）时，激振力等于 减振力，机翼弯曲振动不收敛也不发散，保持等幅振动， 也就发生了颤振。
而当飞行速度再继续提高，激振力大于减振力，机翼弯曲 振动振幅急剧加大, 结构很快就会发生破坏。
为防止颤振的发生，最简单最有效的方法之一是 在操纵面上加配重，使操纵面重心移到转轴之前
1.下列哪几项是防止机翼弯曲副翼颤振的措施?( )
A.提高飞机的飞行速度。 B.加大机翼的刚度。 C.在副翼上加配重,使副翼重心移到转轴之前。 D.在副翼上加重配重,使副翼重心移到转轴之后。 答案：B、C
2 重力平衡的方法
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。
工作原理
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，此时弹簧筒就是一个刚性 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
•轴式补偿缺点是当操纵面偏转时，它与前面固定翼面 之间形成间隙，会使操纵面效率降低，这种不利影响 会随着速度的增加而趋于严重。
• 应根据必要的机动性能和操纵性能，适当选择轴式
补偿度（S补偿/S操纵面=0.20-0.25）。
• 要确保在操纵面最大偏角时，其前缘不能突出翼形 外表面之外，否则会引起阻力增加和过度补偿，而 且在高速时会提前产生激波。