定义
又称“枢轴力矩”。铰链力矩与舵面的形式(如全动舵、后缘舵)和外形几何参数、飞行状态(高度、速度),铰链轴位置、舵面偏转角等有关。当舵面的外形尺寸与飞行状态给定时,可以改变铰链轴位置调整铰链力矩的数值。为减小铰链力矩,铰链轴应尽量靠近舵面的压力中心。铰链力矩的大小影响着飞行器的机动性和控制精度
反操纵现象
铰链力矩与速压成正比例。飞行过程中,随着飞行器飞行状态的变化,铰链力矩将在比较大的范围内发生变化,影响伺服机构的动态性能。
铰链力矩的极性与舵面气动力压力中心的位置有关。如果舵面的压力中心位于舵轴的前方,则铰链力矩的方向将与主动力矩的方向相同,从而引起反操纵现象。如果舵面转轴离舵面压力中心比较近,当压心发生变化时,舵就有可能成为静不稳定的,以致出现反操纵现象。当飞行器处于亚音速和超音速的不同飞行状态时,压力中心就会发生明显的变化。因此在确定舵机的控制力矩时,必须留有足够的余量。在设计时,应尽量克服反操纵,使系统具有结构稳定性。
实验现象
铰链力矩试验的目的是测定飞行器的各操纵面(或称舵面,如副翼、方向舵、升降舵或全动平尾)所作用的气动力对转轴中心线(称铰链轴线)的力矩,从而可得到操纵舵面所需的功率,为选择或设计合适的操纵装置提供依据;同时在进行舵面设计时,铰链力矩的大小及压力中心位置是选择舵面形状及转轴位置的重要依据。
因此,测量舵面铰链力矩的同时通常也要测量舵面的法向力。在做铰链力矩试验时,要求测铰链力矩的天平一般要具有三个分量,即舵面上的法向力、铰链力矩、法向力绕飞行器轴线的滚转力矩。
实验特点
铰链力矩试验有如下几个特点:
①由于模型较小,其舵面比较薄,试验前难于确定舵面的压力中心位置,从而给铰链力矩天平的设计带来困难。
②采用缩比模型试验时,试验雷诺数的不同将导致舵面流态的不同,引起舵面气动力的差别。
③缝隙模拟的差别会导致铰链力矩明显变化。
④天平,特别是采用扁平片式的天平,固定端安装在主翼上,主翼受到气动力作用的变形会使天平测量的舵面气动数据产生误差。
综上所述,铰链力矩试验是需要仔细分析和综合考虑的。
应用
对翼型舵面铰链力矩的缝隙效应进行了低速风洞试验研究和CFD计算研究。要研究舵面的铰链力矩特性受缝隙效应的影响。研究表明,舵面铰链力矩随迎角或舵偏的增大而增大;缝隙宽度对舵面的铰链力矩特性影响比较复杂,总体上影响程度不显著;CFD软件计算结果和风洞试验结果具有较好的一致性。