开裂式方向舵在变前掠翼布局中的操纵性能研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252013V01．34No．4741—749ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn开裂式方向舵在变前掠翼布局中的操纵性能研究王旭1*，于冲1’2，苏新兵1，陈鹏11．空军工程大学工程学院，陕西西安7100382．中国人民解放军93286部队，辽宁沈阳110141摘要：针对变前掠翼(VFSW)无尾布局的横航向操纵，设计了开裂式方向舵(SR)操纵面，采用Nav

2、ier—Stokes控制方程的有限体积离散方法以及剪切应力输运(SST)湍流模型，计算了变前掠翼中平直翼和典型的前掠翼布局开裂式方向舵的操纵性能，并对其操纵效率进行了比较，分析了其流场形态。计算结果表明：右侧开裂式方向舵打开后，平直翼时迎角对偏航力矩的影响较小，而舵偏量对偏航影响显著，利于偏航；前掠翼的偏航力矩随迎角的增加有所波动，但在小迎角时较为稳定，偏航作用随舵偏量增加而增强；右侧滑对滚转作用强于左侧滑，偏航作用低于左侧滑。经比较，平直翼的偏航作用明显强于前掠翼，平直翼和前掠翼的滚转和偏航作用均具有耦合性，但平直翼的耦合效

3、应弱于前掠翼。关键词：变前掠翼；开裂式方向舵；数值模拟；操纵性能；流场中图分类号：V212．12—8文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)04—0741—09变后掠翼的概念出现较早，即通过在飞行中改变后掠角，来解决高速飞机的低速问题。20世纪60年代出现了变后掠翼飞机，随着飞行控制技术的发展，变后掠翼越来越多地应用于无人机领域。随着对前掠翼认识的加深[1]，加装近距耦合鸭翼可改善其根部流动分离状况[2]，也可显著提高前掠翼大迎角时的升力系数[3]，而且鸭翼位置逐渐增高可使前掠翼获得更好的气动特性[43；但是，前

4、掠翼也存在着机翼气动弹性发散的不足。近年来，随着气动弹性发散问题解决方法的不断改进，变前掠翼(VariableForwardSweptWing，VFSW)布局良好的气动优势得到了新的认识。关于变前掠翼布局，国外的研究资料很少，国内的相关研究报道更少。1999年，美国NorthropGrumman公司的专利[53研究了一种变前掠翼轰炸机，名为Switchblade，旨在取代过于陈旧的F一111；2005年，美国另一份专利口]也研究了该种变前掠翼轰炸机，其研究重点是完全前掠状态下可大大减小超声速飞行的轰鸣声和激波阻力。文献[7]～

5、文献[9]提出了一种新的变前掠翼布局，该变前掠翼在起降与巡航状态采用平直翼构型，能充分利用直机翼在亚声速阶段的高升阻比特性；在空中格斗时机翼前掠转换为前掠翼构型，能充分利用前掠翼在亚声速阶段缓失速、大迎角机动的优良飞行品质。该布局为无尾式布局，并经优化后大大降低了雷达反射截面积，由此却带来了横航向操纵的新问题，变前掠翼无法通过常规方向舵的侧力实现偏航操纵，同时常规方向舵的操纵存在超声速条件下操纵效率迅速降低，并随迎角的增加操纵效率也迅速降低的问题[10

6、。1993年，美国针对高机动无尾飞机进行了收稿日期：2012．05．14；

7、退修El期：2012—06-25；录用El期：2012—07-26；网络出版时间：2012-08-3014：30网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20120830．1430．017．hlmI基金项目：空气动力学预研基金(090251313058)*通讯作者．Tel．：029-84787505E-mall：wanxuJ@yahoocom引用褡武tWangX．YuC．SuXB。ela1．Studyofcontrolcharacteristicsforsplitrudderinvar

8、iableforwardsweptwingconfiguration．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013。34(4)：74I-749÷I旭．f冲，苏新兵．等，开裂武方向舵在变韵掠翼布局中的操纵性能研究．航空学报，2013，34(4)：74I-749．742航空学报Apr．252013V01．34No．4“创新控制装置(ICE)”项目研究口1‘12]，使人们对多舵面配合问题有了深入的认识。ICE项目的第二阶段对前景较好的控制装置进行风洞试验和计算，主要包括全动翼尖和开裂式方向舵(Sp

9、litRudder，SR)等。开裂式方向舵通常安装在翼尖处，通过上下舵面的偏转在机翼外段产生阻力，引起机体两侧阻力不对称而产生偏航作用。对于无尾布局，较小的阻力就能产生足够的偏转力矩[13

10、。文献[14]研究了开裂式方向舵在大后掠角飞翼布局中的气动特性，其对纵向俯仰力矩系数的