金利云+王磊
【摘 要】本文介绍了民用飞机操纵舵面铰链力矩产生的原理，提出了一种舵面漂浮角度工程估算方法，为舵面故障下的品质评估提供必要的输入。
【关键词】舵面漂浮角度；铰链力矩；民用飞机
【Abstract】The mechanism of control surface hinge moment for civil airplane are introduced. An engineering estimating method of control surface floating angle is proposed， which provides necessary input for handling quality estimation of control surface failure.
【Key words】Control surface floating angle； Hinge moment； Civil airplane
0 引言
飞机的操纵舵面故障下，飞机的操纵性会受到影响，甚至影响飞行的安全[1]，因此舵面故障下的飞行品质评估显得尤为重要。操纵面故障通常有漂浮、损坏和卡死等[1]。舵面漂浮后，主要受到气动力、重力和摩擦力等，最终舵面平衡在一个漂浮角度。而操纵舵面的漂浮角度是该舵面故障飞行品质分析的重要输入。
流过舵面的气流，在舵面上作用气动力，并对舵轴形成空气力矩。这个空气力矩就是舵面的铰链力矩。工程上，舵面铰链力矩通常可以通过风洞试验或者数值计算得到[2]。铰链力矩是舵面漂浮角度估算的重要输入。
本文介绍了民用飞机铰链力矩的原理和舵面漂浮角度估算的重要性，提出了一种舵面漂浮角度工程估算方法，为舵面故障下的飞行品质计算提供必要的输入。
1 操纵舵面铰链力矩
操纵舵面的铰链力矩是作用在操纵面上的气动力对铰链轴线的力矩，随飞机的飞行状态改变，与速压成正比。执行机构克服舵轴上的铰链力矩，使得舵面偏转到目标位置。
在民机详细设计阶段，操纵舵面铰链力矩系数通常由风洞试验获得。如图1，以副翼为例，在固定的马赫数，固定的构型下，不同迎角下，可以查到副翼不同偏度对应不同的铰链力矩系数。
2 操纵舵面漂浮角度估算方法
2.1 操纵舵面漂浮角度估算公式
民用飞机操纵舵面漂浮故障一般指作动器失效后，操纵机构不能操纵舵面，舵面失去控制，处于自由状态，可运动至气动载荷引起的铰链力矩与重力力矩平衡的位置。运动过程中的舵面，主要承受气动力、重力、摩擦力（可忽略不计）以及作动器的阻尼力矩（如作动器无阻尼模式，则忽略不计）。绕操纵面舵轴的动力学方程如下所示：
2.2 操纵舵面漂浮角度估算方法
（1）基于MATLAB SIMUlink平台搭建计算程序，
（2）设置仿真初值，即输入故障发生时舵面角度，
（3）根据2.1估算公式迭代计算，
（4）仿真结束：舵面运动到新的平衡状态，此时舵面角加速度为零，舵面角速度为零。
3 操纵舵面漂浮角度估算示例
按照上述估算方法，以副翼为例，给出某马赫数，巡航构型，副翼漂浮角度随迎角变化的曲线，如图2所示。
4 结论
本文详尽地介绍了一种民用飞机操纵舵面漂浮角度工程估算方法，综合考虑气动力、重力和作动器阻尼的影响，作为舵面故障下飞行品质计算的重要输入，供操稳工作者参考。
【参考文献】
[1]黄成涛，王立新.多操纵面飞翼构型飞机舵面故障在线诊断方法[J].航空学报，2011（01）：58.
[2]陳晓东.大飞机舵面铰链力矩数值计算解决方案[C].中国航空学会2007年学术年会，气动专题：48.
[责任编辑：朱丽娜]
