弹性前掠翼开裂式方向舵操纵特性分析

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1、2017年9月第43卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2017V01．43NO9http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu?CUDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2017．0142弹性前掠翼开裂式方向舵操纵特性分析马斌麟1，苏新兵L+，冯浩洋1’2，王宁1，张亚光1(1．空军丁程大学航空航天工程学院，西安710038；2中国人民解放军93427部队，北京101100)摘要：针对机翼

2、弹性变形对前掠翼(FSW)飞行器开裂式方向舵操纵特性的影响，基于计算流体力学／计算结构力学(CFD／CSD)松耦合静气动弹性数值计算方法，计算了亚声速条件下刚性和弹性前掠机翼开裂式方向舵的操纵特性，并分析了机翼弯扭变形对方向舵操纵特性的影响。计算结果表明，右侧开裂式方向舵打开后，与刚性翼相比，弹性翼的失速迎角提前约2。，达到最大升阻比的迎角提前约l。，小迎角时偏航作用增强，出现右滚力矩和滚转力矩“凹坑”现象，大迎角时偏航规律趋势提前约8。，滚转作用加剧；侧滑角增大时，偏航力矩减小的幅度大于刚性翼，滚转力矩完全反效；舵偏角增大时，偏航力矩的增幅小于刚性翼

3、。经比较，在弹性变形影响下，弹性前掠翼的开裂式方向舵操纵特性与刚性前掠翼有明显区别。关键词：前掠翼(FSW)；弹性变形；计算流体力学／计算结构力学(CFD／CSD)松耦合；开裂式方向舵；操纵特性中图分类号：V221．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)09-1849·10前掠翼(ForwardSweptWing，FSW)布局的气动性能优良，具有良好的操纵性能。1～。而无尾布局的隐身性能好，适宜于翼身融合设计H。o。囚此无尾前掠翼气动布局。6。7。可以结合两者的优势，提高飞行器的气动性能和隐身性能。但是，无尾前掠翼布局没有常规方向舵，

4、小能直接提供偏航力矩，为了保持飞行器足够的机动性，就需要使用其他装置来实现对飞行器的偏航操纵。针对高机动无尾飞行器，美国提出了一种新的阻力力‘向舵"，即开裂式方向舵(SplitRudder，SR)来进行横航向控制。该舵面通常安装在翼尖处，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。针对无尾布局巾开裂式方向舵的操纵特性，GillardHo对新型操纵面进行了风洞测试，指出开裂式方向舵有良好的操纵特性。Campbell和Sea．cord¨0。进行了后掠无尾飞翼布局的全尺寸风洞试验，试验表明开裂式方向舵可以提供有效的偏航力矩。M

5、ohamad等¨1。对无尾布局开裂式方向舵的操纵性能进行了数值仿真，指出低速状态下开裂式方向舵的操纵效率随舵偏角增大而增大。张子军等。12。在不同马赫数和舵偏下，通过实验深入研究了开裂式方向舵的作动对某无尾飞翼布局l{I机气动特性的影响。王磊等。1副研究了开裂式方向舵偏转对飞机气动特性和稳定特性的影响。王旭等¨41研究了变前掠翼中平直翼和典型前掠翼布局开裂式方向舵的操纵特性，并对其操纵效率进行了比较。但是，目前对开裂式方向舵操纵特性的大多数研究均假设飞行器为刚体。随着现代战斗机结构柔性趋于增大，飞行器的气动弹性问题显得更加突出¨“。在实际飞行过程中，机

6、翼在气动力的作用下会发生复杂的弯收稿日期：2017-03—13；录用日期：2017-05之4；网络出版时间：2017435-2715：29网络出版地址：kns．cnkinet／kcms／detail／112625．V．20170527．1529．002．html基金项目：国家自然科学基金(11402301)；陕西省自然科学基础研究计划(2015JMl005){通讯作者：E—mail：sxinbin901@163．com引用槽式：马斌麟，苏新兵，冯浩洋，等．弹性前掠翼开裂式方向舵操纵特性分析ⅣJ．北京航空航天力学学报，2017，43(9)：1849—18

7、58MABL，suxB，FENGHY，eta1．Controlcharacteristics衄a哆s如ofsplitrudderofelasticforwardsweptwingfJJ．Jour-halofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics。2017，43(9)：J849-1858(inChinese)．1850北京航空航天大学学报扭耦合变形¨⋯，使得安装在机翼上的开裂式方向舵的操纵特性偏离原有设计状态。因此，对弹性变形影响下的前掠翼飞行器开裂式方向舵的操纵特性进行研究十分必要。近年来，随着计算机

8、性能的发展，数值仿真越来越成为飞行器静气动弹性特性研究的主流方法¨7删。本文基于变前掠翼飞行器