250座级翼身融合无尾布局客机操稳特性设计研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．2520”V01．32No．101761．1769ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．Iouaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)10—1761—09250座级翼身融合无尾布局客机操稳特性设计研究张曙光*，陆艳辉，巩磊，刘晓静北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191摘要：翼身融合(BwB)飞翼布局是未来新一代客机的热点方案之一，然而由于没有

2、常规尾翼，面临着稳定性和操纵性方面的困难。为此，在一架250座级BWB客机布局设计研究基础上，根据平衡、增稳和机动等要求，设计了操纵面配置方案；根据适航要求和电传飞机飞行品质要求设定增稳目标。并将其直接纳入特征结构配置要求中，通过前向通道修正响应类型，保证获得与飞行阶段相适应的响应特征和满意的飞行品质参数；为了提高安全性，在增稳控制设计基础上。在指令回路增设了姿态保护和限制模块。研究结果表明，该设计方案能够提供较合适的稳定性和操纵性，控制增稳后具有满意的飞行品质，保护模块可达到预期效果。关键词：翼身融合；操纵面；响应类型

3、}飞行品质I姿态保护中图分类号：V212．1文献标识码：A翼身融合(BlendedwingBody，BwB)无尾飞翼布局飞机由于在气动、结构和探测性等方面具有综合潜在优势，在历史上曾为航空探索的兴趣点[1]。随着现代飞机综合设计和制造技术的快速发展，特别是B-2飞机的成功应用，近年来飞翼布局又重新成为国际广泛关注的焦点。在民用领域，Liebeck在BWB飞翼布局方面进行了开创性研究[2]，俄、法等国随后也提出了类似的方案¨]。对于民机应用，除了关心其气动、制造、内部装载和经济性等潜在优势外，可以减少对环境的影响也是其被关

4、注的重要原因[4]。剑桥大学和麻省理工大学以BWB布局为飞机平台，开展了著名的静音飞机(SilentAircraftInitiative，SAI)研究计划r5。。尽管有多重潜在好处，但BWB布局蕴含的气动、结构、推进和控制等多学科紧耦合问题需要首先关注，为此欧洲开展了以翼身融合多学科优化(MultidisciplinaryOptimizationofaBlendedWingBody，MOB)和高效大型航空器(VeryEfficientLargeAircraft，VELA)项目为标志的BWB多学科优化设计研究[3．6]，而

5、飞机一发动机耦合问题更成为近期热点[7]。国内对BWB民机布局也开展了一系列研究，涉及到客舱布局设计、气动设计和优化、非圆形增压舱设计以及经济性评价等方面[812

6、。由于无尾BWB布局没有可近似解耦的部件特性，而且倾向于纵、航向静不安定，因此，具有新的飞行力学特点。文献[13]结合航向静不稳定BwB布局，进行了初步分析和控制设计，文献[143对一架BWB公务机的起落抗失速和抗风设计进行了研究，文献[15]分析了BWB布局控制的关键问题。本文在文献[13]和文献[15]的基础上，根据250座级客机总体方案，进行舵效配置和控

7、制设计研究。收稿日期：20”一04一Z8；退修日期：2011．05．26；录用日期：2011．06—28；网络出版时问；20”．07．1209：05网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110712．0905．003．htmlDOI：CNKI：11-1929／V．20110712．0905．003基金项目：国家“863”计划(2006AAllz219)．x-通讯作者，Tel．±010-82315237E-mail：gnahz@buaa．edu．∞荸l用格式

8、张曙光t陆艳辉

9、，巩磊．筹．250座级翼身融台无尾砖局客机操穗特性设甘研究[J]．航空学报．201I．32(10)：176I一1769．ZhangShuguang·LuYanhul，GongLel，eta1．ResearchD，，desi卵ofstabilityandcontrolofa250-seattaillessblended-wing-bodyciviltransportaircraft￡jj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2011．32(10)：176I-

10、769．航空学报Oct．25

11、2011VoI32No101BWB布局方案和基本操稳特点设计的BWB布局客机为250客座级(含行李)，混合舱布置，设计航程为14200km，巡航马赫数为0．85，初始巡航高度为10．7km，进场速度为72m／s，平衡场长小于2400m。飞机外形如图1所示，其中：机长为38m，翼展为60m，中心体前缘后掠角为63．8。