某型公务机尾翼气动载荷计算方法研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[3] European Aviation Safety Agency. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Normal, Utility, Aerobatic, and Commuter Category Aeroplanes [S]. 2015.
某型公务机尾翼气动载荷计算方法研究
摘要：某型公务机按照CCAR 23部适航规章要求进行设计，具有T型尾翼布局。本文基于对CCAR 23部载荷条款的分析，对该型公务机尾翼气动载荷计算方法进行了研究。得到了平尾平衡载荷、机动载荷、突风载荷、非对称载荷，以及垂尾机动载荷、突风载荷、发动机失效引起的非对称载荷等情况下的尾翼气动力的可接受的计算方法。对型号工程研制有一定的指导意义。
先由(1)和(2)式得到1g平飞时平尾载荷FH.BL1。再根据CS 23.441条的AMC[3]，确定侧向机动和突风产生的侧滑与方向舵偏转引起的平尾不对称滚转力矩：
其中，SH与bH分别为平尾面积和展长。
2垂尾气动载荷
2.1机动载荷
CCAR 23.441条规定的垂尾机动载荷是指飞机在1g平飞时，突然将方向舵移动到限制偏度，飞机过漂侧滑，达到静侧滑角时方向舵回中这一过程中所产生的载荷。
参考文献
[1]中国民用航空总局.正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定[S]，2012.
[2] Federal Aviation Administration. AIRWORTHINESS STANDARDS: NORMAL, UTILITY, ACROBATIC, AND COMMUTER CATEGORY AIRPLANES [S]. 1996.
关键词：公务机，尾翼，气动载荷
中图分类号：V212.11文献标识码：A
某型公务机按照CCAR 23部规定的通勤类飞机适航要求进行设计。该飞机布局形式为下单翼、翼吊双发涡桨、平尾置于垂尾顶端的T型尾翼。
对于平尾[1][2][3]：23.421条规定了平衡载荷情况；23.423条规定了机动载荷情况；23.425条规定了突风载荷情况；23.427条规定了非对称载荷情况。
4结论
本文对按照CCAR 23部适航规章要求设计的某型公务机尾翼气动载荷计算方法进行了研究。通过条款理解分析以及相关咨询通告和可接受的符合性验证方法研究，提出了该公务机尾翼气动载荷计算方法。给出了总载荷计算公式和分布载荷计算思路。文中的研究结果已应用于该型公务机初步设计，对其他小型通用飞机的设计也有一定参考意义。
对于抬头机动，先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1、升降舵偏角δe1和平尾平衡载荷FH.BL1。满足规定的俯仰角加速度的升降舵偏角增量为：
总的平尾机动载荷为：
对于低头机动，先由(1)和(2)式得到飞机迎角α2、升降舵偏角δe2和平尾平衡载荷为FH.BL2。满足规定的俯仰角加速度的升降舵偏角增量为：
总的平尾机动载
对于垂尾[1][2][3]：23.441条规定了机动载荷情况；23.443条规定了突风载荷情况。23.367条还规定了发动机失效引起的非对称载荷情况。
本文通过对CCAR 23部载荷条款的分析，对尾翼气动载荷的计算方法进行了研究。
1平尾气动载荷
1.1平衡载荷
CCAR 23.421条规定的平尾平衡载荷是指没有俯仰加速度的飞行情况下，维持平衡所必须的载荷。忽略发动机拉力分量，此时飞机迎角α、升降舵偏度δe和俯仰角速度ωp可以通过求解下列代数方程组得到。
1.3突风载荷
CCAR 23.425条规定的平尾突风载荷是指飞机在1g平飞时，遭遇到规定的垂直离散突风情况下所产生的载荷。先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1、升降舵偏角δe1和平尾平衡载荷FH.BL1。则总的平尾突风载荷为：
1.4非对称载荷
CCAR 23.427条(a)和(c)规定对于T型尾翼，平尾必须按偏航和滑流引起的非对称载荷（本文不研究滑流）与对称飞行情况载荷的组合来设计。
其中，MT为发动机产生的非对称偏航力矩。
临界发动机失效可考虑三个设计点。
第一设计点，最保守的情况，驾驶员不纠正，飞机达到过漂侧滑角，β=1.5βs，δr=0，垂尾载荷为：
当忽略偏航角速度对侧滑角的迟滞效应，最大偏航速度时刻对应的侧滑角可由(18)式得到，此时飞行员开始纠正，方向舵突然片转到限制偏度。则第二设计点，β=βs，δr=δrmax，且β×δr>0，垂尾载荷为：
保守地假设，维持方向舵最大偏度，直至侧滑角为零时刻，舵面突然回到中立位置。则第三设计点，β=0，δr=δrmax，垂尾载荷为：
3载荷分布
对于某型公务机，其尾翼气动总载荷可根据上文阐述的方法计算得到，但还需确定气动力的分布形态。
由于该公务机外形常规，一般可通过CFD计算确定其表面压力分布，结合前文得到的总载荷、姿态角和舵偏角，即可得到对应载荷设计情况下的尾翼气动力展向压心、弦向压心、各站位弦向压力分布等结果。
.
1.2机动载荷
CCAR 23.423(a)条规定的平尾非校验机动载荷是指飞机以速度VA作1g定常平飞时，升降舵突然偏转到限制偏度产生的载荷。先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1和平尾平衡载荷FH.BL1。则总的平尾机动载荷为：
S
CCAR 23.423(b)条规定的平尾校验机动载荷是指飞机分别同时满足载荷系数为1g与规定的抬头俯仰角加速度，以及载荷系数为正限制机动载荷系数与规定的低头俯仰角加速度的两种情况下的载荷。
静侧滑角为：
根据条款要求，主要考虑机动历程中四个设计点载荷。
2.2突风载荷
CCAR 23.443条规定的垂尾突风载荷是指飞机在1g平飞时，遭遇到规定的侧向离散突风情况下所产生的载荷。垂尾突风载荷为：
2.3发动机失效引起的Hale Waihona Puke Baidu对称载荷
CCAR 23.367条规定涡轮螺旋桨飞机必须按临界发动机失效所引起的非对称载荷进行设计。保守考虑，在飞行员未施加纠正动作的情况下，静侧滑角可由下式计算：
某型公务机尾翼气动载荷计算方法研究
摘要：某型公务机按照CCAR 23部适航规章要求进行设计，具有T型尾翼布局。本文基于对CCAR 23部载荷条款的分析，对该型公务机尾翼气动载荷计算方法进行了研究。得到了平尾平衡载荷、机动载荷、突风载荷、非对称载荷，以及垂尾机动载荷、突风载荷、发动机失效引起的非对称载荷等情况下的尾翼气动力的可接受的计算方法。对型号工程研制有一定的指导意义。
先由(1)和(2)式得到1g平飞时平尾载荷FH.BL1。再根据CS 23.441条的AMC[3]，确定侧向机动和突风产生的侧滑与方向舵偏转引起的平尾不对称滚转力矩：
其中，SH与bH分别为平尾面积和展长。
2垂尾气动载荷
2.1机动载荷
CCAR 23.441条规定的垂尾机动载荷是指飞机在1g平飞时，突然将方向舵移动到限制偏度，飞机过漂侧滑，达到静侧滑角时方向舵回中这一过程中所产生的载荷。
参考文献
[1]中国民用航空总局.正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定[S]，2012.
[2] Federal Aviation Administration. AIRWORTHINESS STANDARDS: NORMAL, UTILITY, ACROBATIC, AND COMMUTER CATEGORY AIRPLANES [S]. 1996.
关键词：公务机，尾翼，气动载荷
中图分类号：V212.11文献标识码：A
某型公务机按照CCAR 23部规定的通勤类飞机适航要求进行设计。该飞机布局形式为下单翼、翼吊双发涡桨、平尾置于垂尾顶端的T型尾翼。
对于平尾[1][2][3]：23.421条规定了平衡载荷情况；23.423条规定了机动载荷情况；23.425条规定了突风载荷情况；23.427条规定了非对称载荷情况。
4结论
本文对按照CCAR 23部适航规章要求设计的某型公务机尾翼气动载荷计算方法进行了研究。通过条款理解分析以及相关咨询通告和可接受的符合性验证方法研究，提出了该公务机尾翼气动载荷计算方法。给出了总载荷计算公式和分布载荷计算思路。文中的研究结果已应用于该型公务机初步设计，对其他小型通用飞机的设计也有一定参考意义。
对于抬头机动，先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1、升降舵偏角δe1和平尾平衡载荷FH.BL1。满足规定的俯仰角加速度的升降舵偏角增量为：
总的平尾机动载荷为：
对于低头机动，先由(1)和(2)式得到飞机迎角α2、升降舵偏角δe2和平尾平衡载荷为FH.BL2。满足规定的俯仰角加速度的升降舵偏角增量为：
总的平尾机动载
对于垂尾[1][2][3]：23.441条规定了机动载荷情况；23.443条规定了突风载荷情况。23.367条还规定了发动机失效引起的非对称载荷情况。
本文通过对CCAR 23部载荷条款的分析，对尾翼气动载荷的计算方法进行了研究。
1平尾气动载荷
1.1平衡载荷
CCAR 23.421条规定的平尾平衡载荷是指没有俯仰加速度的飞行情况下，维持平衡所必须的载荷。忽略发动机拉力分量，此时飞机迎角α、升降舵偏度δe和俯仰角速度ωp可以通过求解下列代数方程组得到。
1.3突风载荷
CCAR 23.425条规定的平尾突风载荷是指飞机在1g平飞时，遭遇到规定的垂直离散突风情况下所产生的载荷。先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1、升降舵偏角δe1和平尾平衡载荷FH.BL1。则总的平尾突风载荷为：
1.4非对称载荷
CCAR 23.427条(a)和(c)规定对于T型尾翼，平尾必须按偏航和滑流引起的非对称载荷（本文不研究滑流）与对称飞行情况载荷的组合来设计。
其中，MT为发动机产生的非对称偏航力矩。
临界发动机失效可考虑三个设计点。
第一设计点，最保守的情况，驾驶员不纠正，飞机达到过漂侧滑角，β=1.5βs，δr=0，垂尾载荷为：
当忽略偏航角速度对侧滑角的迟滞效应，最大偏航速度时刻对应的侧滑角可由(18)式得到，此时飞行员开始纠正，方向舵突然片转到限制偏度。则第二设计点，β=βs，δr=δrmax，且β×δr>0，垂尾载荷为：
保守地假设，维持方向舵最大偏度，直至侧滑角为零时刻，舵面突然回到中立位置。则第三设计点，β=0，δr=δrmax，垂尾载荷为：
3载荷分布
对于某型公务机，其尾翼气动总载荷可根据上文阐述的方法计算得到，但还需确定气动力的分布形态。
由于该公务机外形常规，一般可通过CFD计算确定其表面压力分布，结合前文得到的总载荷、姿态角和舵偏角，即可得到对应载荷设计情况下的尾翼气动力展向压心、弦向压心、各站位弦向压力分布等结果。
.
1.2机动载荷
CCAR 23.423(a)条规定的平尾非校验机动载荷是指飞机以速度VA作1g定常平飞时，升降舵突然偏转到限制偏度产生的载荷。先由(1)和(2)式得到飞机迎角α1和平尾平衡载荷FH.BL1。则总的平尾机动载荷为：
S
CCAR 23.423(b)条规定的平尾校验机动载荷是指飞机分别同时满足载荷系数为1g与规定的抬头俯仰角加速度，以及载荷系数为正限制机动载荷系数与规定的低头俯仰角加速度的两种情况下的载荷。
静侧滑角为：
根据条款要求，主要考虑机动历程中四个设计点载荷。
2.2突风载荷
CCAR 23.443条规定的垂尾突风载荷是指飞机在1g平飞时，遭遇到规定的侧向离散突风情况下所产生的载荷。垂尾突风载荷为：
2.3发动机失效引起的Hale Waihona Puke Baidu对称载荷
CCAR 23.367条规定涡轮螺旋桨飞机必须按临界发动机失效所引起的非对称载荷进行设计。保守考虑，在飞行员未施加纠正动作的情况下，静侧滑角可由下式计算：