碟形飞行器横航向飞行品质

　　碟形飞行器采用翼身融合的气动布局,与Blend-W ing-Body(或飞翼)一样,具有高度的集成性,浸湿面积远小于同量级的常规飞机[1].翼身融合的设计避免了机身与机翼干扰所造成的附加阻力.

　　碟形飞行器与飞翼不完全相同,碟形飞行器的外翼仅占整机面积的12. 2%,中心碟体是全机主要的升力面,整机展弦比为2. 3,远小于飞翼(10左右).与飞翼相比,碟形飞行器外形更加紧凑,碟体部分厚度较大,能够提高结构强度和刚度,并能提供充足的载物空间.美国的X-30[2],X-33[3]等都采用了这种气动布局形式.

　　历史上曾经出现过的很多翼身融合布局飞机,由于种种原因并未获得成功,如著名的Horten系列飞翼飞机,YB-49,A-12攻击机等[4],一个很重要的原因就是飞机的横航向稳定性和纵向操纵性问题很难解决.而得益于技术本身的发展和充足的研制经费,美国的B-2[5]则取得了巨大的成功.为了使碟形飞行器能够稳定飞行,本文对其进行了优化设计,结合实验数据、计算仿真,分析了其横航向气动性能和操稳特性等.

　　1　横航向静稳定性

　　现代先进的操纵系统并不要求翼身融合飞机具有静稳定性,但静不稳定的飞机需要增加复杂的控制增稳系统,例如B-2飞机[5].而正的静稳定裕度却能够显著减少控制面带宽,降低对控制系统的要求[6],因此碟形飞行器采用静稳定的设计.碟形飞行器的布局如图1所示.

　　1.1　横向静稳定性

　　碟形飞行器的滚转力矩系数曲线如图2所示,图中Cl为滚转力矩系数,β为侧滑角.从图中可以看出:Clβ<0,碟形飞行器横向静稳定.

　　由绵阳8m×6m风洞试验中获得碟形飞行器各部件对横向静稳定性导数Clβ(α=0°时)分别为: -0. 041 3 (全机), -0. 011 6 (垂尾),-0. 0215(小翼), -0. 008 2(碟体).从数据可以看出,小翼对Clβ的贡献最大,占全机的52%,这是由于小翼采用了后掠设计,并具有一定的上反角.垂尾对Clβ的贡献占全机的28%,单独碟体的横向静稳定性较小.

　　1.2　航向静稳定性

　　碟形飞行器偏航力矩系数曲线如图3所示,Cn为偏航力矩系数.从图中可以看出:航向静稳定性导数Cnβ>0,碟形飞行器航向静稳定.

　　碟形飞行器各部件对航向静稳定性导数Cnβ(α=0°时)分别为: 0. 088 3(全机), 0. 079 6(垂尾), 0. 0058(小翼), 0. 002 9(碟体).数据表明:碟形飞行器的航向静稳定性主要由垂尾提供,占全机的90%,而小翼的贡献较小.由于碟形飞行器是翼身融合的设计,碟体厚度与常规飞机旋成体机身相比,厚度小,侧面积小,其侧力也很小,所以仅有碟体时航向接近中性稳定.