固定翼飞机的气动力矩计算原理
如果飞机设计有两个水平尾翼,且其中一个尾翼安装在飞机的左侧,另一个安装在右侧,控制左侧和右侧尾翼的偏转差异(即差分控制),就可以产生一定的偏航力矩。靠两个尾翼面差分控制,指的是左右尾翼的偏转角度存在差异,这种差异将导致升力不对称,从而产生滚转力矩。具体地,如果左尾翼的偏转角度大于右尾翼,那么产生的升力会更大,从而产生反方向的力矩,帮助飞机绕纵轴旋转。在只有水平尾翼的情况下,滚转和偏航之间的耦合效应
1.常规翼型(含副翼,方向舵,升降舵)
是飞机的滚转、俯仰和偏航力矩系数,
是总空速,b是翼展,
是平均弦长
【滚转】主要由副翼提供
简化版:
、
最全面的(各个翼面都参与):
副翼 主翼
尾翼
lwing,ltail是主翼,尾翼的贡献力臂,表示分别于机身重心的相对距离;
interface一项是机身结构分布的动力学力臂,可以通过数值模拟或实验获得。
【俯仰】主要由尾翼提供
参数靠实验或者仿真获得;
【偏航】主要靠垂直尾翼获得
系数靠实验或者仿真获得;
2.特殊翼型(尾翼的方向舵和升降舵混合,无主翼副翼)
如双尾翼、V形尾翼、或高机动性飞机——差分控制!!
【滚转】
靠两个尾翼面差分控制,指的是左右尾翼的偏转角度存在差异,这种差异将导致升力不对称,从而产生滚转力矩。具体地,如果左尾翼的偏转角度大于右尾翼,那么产生的升力会更大,从而产生反方向的力矩,帮助飞机绕纵轴旋转。
差分控制产生的力矩通常基于尾翼的迎角差和尾翼的几何特性(如力矩臂和尾翼的升力变化特性):
【俯仰】
和常规翼型机身一样;
【偏航】
如果飞机设计有两个水平尾翼,且其中一个尾翼安装在飞机的左侧,另一个安装在右侧,控制左侧和右侧尾翼的偏转差异(即差分控制),就可以产生一定的偏航力矩。这是因为两侧尾翼的升力差异可以产生一个水平力矩,改变飞机的偏航角。
差分控制公式为:
【滚转+俯仰+偏航的耦合计算】
(1)俯仰
等于常规翼型的俯仰,如果机身是对称平稳的话一般不会产生耦合;
但如果不对称的时候(来流没有把机身分成对称的两半)俯仰角度的变化会影响水平尾翼的迎角,进而影响滚转:
没有垂直尾翼的情况下,偏航主要由气流扰动和外部因素引起,因此偏航与俯仰的耦合效应较小。然而,在某些特定情况下(如高攻角时),飞行器的俯仰变化可能间接影响偏航力矩,导致轻微的耦合:
(2)滚转
滚转的同时会耦合俯仰,计算如下:
在只有水平尾翼的情况下,滚转和偏航之间的耦合效应较小,但在一些情况下(如差分控制或外部扰动),仍然可能发生轻微的耦合。这个耦合力矩通常通过以下公式表示:
(未完待续)

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