鉸鍊力矩

鉸鍊力矩

物理學術語
鉸鍊力矩是指流過舵面的氣流對舵軸形成的空氣力矩。執行機構一般是通過機械傳遞控制舵面的偏轉,為了使舵面偏轉到需要的位置,必須克服作用在舵軸上的鉸鍊力矩。鉸鍊力矩的極性與舵面氣動力壓力中心的位置有關。鉸鍊力矩與速壓成正比例。
    中文名:鉸鍊力矩 外文名: 适用領域: 所屬學科:物理學 解釋:氣流對舵軸形成的空氣力矩 執行通過:機械傳遞控制舵面的偏轉

定義

又稱“樞軸力矩”。鉸鍊力矩與舵面的形式(如全動舵、後緣舵)和外形幾何參數、飛行狀态(高度、速度),鉸鍊軸位置、舵面偏轉角等有關。當舵面的外形尺寸與飛行狀态給定時,可以改變鉸鍊軸位置調整鉸鍊力矩的數值。為減小鉸鍊力矩,鉸鍊軸應盡量靠近舵面的壓力中心。鉸鍊力矩的大小影響着飛行器的機動性和控制精度

反操縱現象

鉸鍊力矩與速壓成正比例。飛行過程中,随着飛行器飛行狀态的變化,鉸鍊力矩将在比較大的範圍内發生變化,影響伺服機構的動态性能。

鉸鍊力矩的極性與舵面氣動力壓力中心的位置有關。如果舵面的壓力中心位于舵軸的前方,則鉸鍊力矩的方向将與主動力矩的方向相同,從而引起反操縱現象。如果舵面轉軸離舵面壓力中心比較近,當壓心發生變化時,舵就有可能成為靜不穩定的,以緻出現反操縱現象。當飛行器處于亞音速和超音速的不同飛行狀态時,壓力中心就會發生明顯的變化。因此在确定舵機的控制力矩時,必須留有足夠的餘量。在設計時,應盡量克服反操縱,使系統具有結構穩定性。

實驗現象

鉸鍊力矩試驗的目的是測定飛行器的各操縱面(或稱舵面,如副翼、方向舵、升降舵或全動平尾)所作用的氣動力對轉軸中心線(稱鉸鍊軸線)的力矩,從而可得到操縱舵面所需的功率,為選擇或設計合适的操縱裝置提供依據;同時在進行舵面設計時,鉸鍊力矩的大小及壓力中心位置是選擇舵面形狀及轉軸位置的重要依據。

因此,測量舵面鉸鍊力矩的同時通常也要測量舵面的法向力。在做鉸鍊力矩試驗時,要求測鉸鍊力矩的天平一般要具有三個分量,即舵面上的法向力、鉸鍊力矩、法向力繞飛行器軸線的滾轉力矩。

實驗特點

鉸鍊力矩試驗有如下幾個特點:

①由于模型較小,其舵面比較薄,試驗前難于确定舵面的壓力中心位置,從而給鉸鍊力矩天平的設計帶來困難。

②采用縮比模型試驗時,試驗雷諾數的不同将導緻舵面流态的不同,引起舵面氣動力的差别。

③縫隙模拟的差别會導緻鉸鍊力矩明顯變化。

④天平,特别是采用扁平片式的天平,固定端安裝在主翼上,主翼受到氣動力作用的變形會使天平測量的舵面氣動數據産生誤差。

綜上所述,鉸鍊力矩試驗是需要仔細分析和綜合考慮的。

應用

對翼型舵面鉸鍊力矩的縫隙效應進行了低速風洞試驗研究和CFD計算研究。要研究舵面的鉸鍊力矩特性受縫隙效應的影響。研究表明,舵面鉸鍊力矩随迎角或舵偏的增大而增大;縫隙寬度對舵面的鉸鍊力矩特性影響比較複雜,總體上影響程度不顯著;CFD軟件計算結果和風洞試驗結果具有較好的一緻性。

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