三发V尾无副翼控制体系飞行器的研发

王天诚 武耀罡 柳灿

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714017

摘要：本飞行器是一种V尾布局的飞行器，尤其是3颗发动机与V尾混合控制的飞行器。主要是通过机翼两端外置的发动机和V尾对飞行器进行控制，该控制方式主要是由双副发动机（安放在机翼1/3处和2/3处）差速提供偏航力矩，机翼上反角提供滚转自修正力矩及V尾提供滚装力矩及升降力矩。该方式与普通布局飞行器及v尾布局飞行器最大的不同在于该飞行器不需要副翼提供滚转力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解决了V尾飞行器无偏航舵面的缺点和普通布局飞行器控制机构及舵面复杂的缺点。

关键词：发动机；飞行器；无副翼；V尾

1 技术背景

小型飞机（翼展315米）的机翼气动扭转载荷一直是飞机结构设计的重点，当飞机偏转副翼滚转时，若飞机在满载的情况下，升力边产生的巨大升力差在使飞机滚转的同时也带来巨大的扭转载荷，可能造成机翼的气弹发散（因扭转载荷过大而引起的机翼变形），严重时甚至会造成副翼失效或反效等危险状况。这就要求大翼载荷的小型飞行器的机翼扭转刚度較高，或者使用其他的控制方式对其飞行器进行滚转控制。

2 设计方案

本飞行器主要是通过机翼两端外置的发动机和V尾对飞行器进行控制，提出了一种新型控制理念。该控制方式主要是由双副发动机（安放在机翼1/3处和2/3处）差速提供偏航力矩，机翼上反角提供滚转自修正力矩及V尾提供滚装力矩及升降力矩。该方式与普通布局飞行器及v尾布局飞行器最大的不同在于该飞行器不需要副翼提供滚转力矩，不需要垂尾和方向舵提供偏航力矩。解决了V尾飞行器无偏航舵面的缺点，普通布局飞行器控制机构及舵面复杂的缺点。

作为优选，所述的飞行器的3颗发动机均为力效（拉力与输入功率的比值）超过10的高效电动机，其主发动机位于飞机机头部位，其推力占总推力的2/3，其位于机翼1/3处和2/3处的两台副发动机推力占总推力的1/3。这样的动力分配能效最大化，占用体积小。两台推力较小的发动机放在机翼1/3处和2/3处，在保证偏转力矩的前提下将主推力放在机头部位保证了整机稳定性。

作为优选，所述的机翼布局为两段上反式，上反的位置是机翼的1/3处和和2/3处，上反角度在810度。上反的面积展总机翼面积的75%±2%。这使样的设计正好可以抵消飞机因偏航产生的滚转力矩。

作为优选，所述的V尾投影面积占机翼面积的16.6%，本飞行器使用的V尾布局为倒置V尾，张角为108度。所述V型尾翼包括安定面和舵面，舵面占V尾面积的1/3。较大的V尾面积和舵面面积在控制飞机升降和修正滚转时有较好的效果。当两个舵面交错摆动时，起到控制飞行器滚转的效果，功能相似于副翼；当两个舵面同向上下摆动时，起到控制飞行器俯仰的效果，此时为升降舵。该舵面可混合控制，既为升降舵，又差动控制滚装，在本设计中，飞行器拥有自修正滚转的能力，故该尾翼控制滚转为辅助功能，主要功能为升降舵。

3 结语

因此，本飞行器具有布局新颖，简单实用，制造简单等特点，尤其是为现在的小型飞行器提出一种新的设计思路，能够使飞行器在无副翼的情况下使用V尾滚转，差速偏航。因而在设计某些特殊飞行器式可以使用。

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