飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验.pdf

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1、2017年1月第43卷第1期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJanuary2017V01．43No．1http：／／bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0079飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验杨俊斌，吴志刚+，戴玉婷，马成骥，杨超(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：飞翼布局飞机具有优越

2、的隐身和气动特性，但由于布局原因无法配置常规控制面，因此常规布局飞机的阵风减缓控制方法不再适用。针对大展弦比飞翼布局飞机，设计了风洞模型、具有沉浮和俯仰2个方向自由度的支持系统以及能够产生连续正弦阵风的阵风发生器，采用经典控制律理论设计了能够同时减缓翼尖过载和翼根弯矩的3组控制方案，开展了阵风减缓主动控制风洞试验，对开、闭环试验数据进行了分析。试验数据表明，和正常式布局飞机不同，阵风引起的飞翼布局飞机的翼尖过载和翼根弯矩在俯仰模态对应的频率处有一个很大的峰值，而在一弯频率附近峰值比较小；对于不同控制面组

3、合，阵风减缓效果不一样；对于飞翼布局飞机，选用合适的控制面组合可以有效减缓阵风载荷和阵风响应。关键词：气动伺服弹性；飞翼布局；阵风减缓；主动控制；风洞试验中图分类号：V215．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)01-0184-09飞机在大气紊流场中飞行时会发生紊流颠簸，紊流颠簸主要会带来以下影响⋯：①产生附加载荷，增加翼尖过载和翼根弯矩；②影响驾驶员的正常操纵和乘员的舒适性；③缩短结构的疲劳寿命。飞翼构型是未来飞机布局设计的主要方向之一，和传统的飞机布局相比，它的气动外形是一个完整

4、的机翼，翼载较小，结构的柔性较大，更容易受到阵风干扰。传统的阵风载荷减缓的方法主要包括结构设计和主动控制技术，其中主动控制技术是目前比较常用的方法。与常规布局飞机相比，飞翼布局飞机阵风载荷减缓的特点主要包括：①飞翼布局飞机控制面比较多，在阵风载荷减缓时需要考虑多种控制面组合的减缓效率；②飞翼布局造成机身较短，飞机的短周期俯仰模态的频率比较高，接近飞机的一阶弯曲频率，需要考虑刚弹耦合问题；③飞翼布局飞机的静稳定性一般比较差，在选取操纵面进行阵风载荷减缓时，有可能会造成飞机静不稳定。上述问题的存在给飞翼布局

5、飞机阵风载荷减缓带来了比较大的困难。因此，针对飞翼布局飞机研究的阵风减缓主动控制技术对提高飞翼布局飞机的性能具有重要意义。国外进行阵风响应减缓研究开展较早也较为成熟，主要采用主动控制技术控制操纵面的偏转来实现阵风响应的减缓。20世纪七八十年代，美国在B．52、DC．10和C-5A等机型上进行阵风减缓主动控制风洞试验和飞行试验旧⋯。2006年，Karpel等¨1针对不同控制面对阵风载荷的减缓效果进行了一定的研究，通过试验证明了翼下控制面和翼尖控制面比副翼的减缓效率更高。2007年，美国完成了飞翼传感飞行器

6、的气动弹性模型的风洞试验，希望通过阵风减缓降低结构质量从而增加飞行器的航程和承载能力¨。71。2007—2010年，波音公司进行了为期4年的联翼传感器飞机的气动弹性模型的风洞试验，通过阵风减缓收稿13期：2016_01-22；录用13期：2016-04-22；网络出版时间：2016-06—1414：18网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detaiL／11．2625．V．20160614．1418．001．html基金项目：国家自然科学基金(11372023)}通讯作者：E-mail：wu

7、zhigang@buaa．edu．cn；f用格式：杨俊斌，吴志刚，戴玉婷，等．飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验(JJ．北京航空航天大学学报，2017，43(1)：184-192．YANGJB，WUZG，DAIYT，et一．Windtunneltestofgustalleviationactivecontrolforflyingwingconfigurationaircraft[JJ．JoumalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，

8、43f1)：184-192(inChinese)．第1期杨俊斌，等：飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验185主动控制技术提高了飞机质心位置的静稳定性，明显降低了飞机的阵风载荷峰值，证明了波音联翼传感器飞机结构和飞控耦合的弹性飞机设计过程‘8引。国内的杨超和吴志刚等‘1m12o对于阵风减缓也做了相应的研究，主要是采用较为经典的控制律达到阵风减缓的目的，研究对象多为机翼或在常规布局形式的基础上展开。刘伏虎等¨3‘建立了耦合俯仰自由度的弹性无人