浅谈积冰条件下涡桨运输机的舵面过补偿

2018-02-20李映红王君行赵智姝

现代制造技术与装备 2018年12期

李映红王君行赵智姝

（1.海军航空大学教练机模拟训练中心，葫芦岛 125001；2.海军工程大学电子工程学院，武汉 430033；3.海军航空大学航空基础学院，烟台 264000）

1 舵面过补偿的产生原因与危害

1.1 舵面的移轴补偿与舵面过补偿

多数涡桨运输机的操纵系统采用的是机械式操控方式，飞行员在操控飞机时，使用杆、舵对舵面进行控制，这类飞机的舵面面积都比较大，随着飞机飞行速度的提高，舵面偏转产生的枢轴力矩与相应的杆、舵操纵力也会增大，这样就会导致飞机操纵性变差，飞行员操纵困难增加。为了解决这一问题，减小杆力、舵力，改善飞机操纵性，飞机舵面在设计过程中，加入了多种气动力补偿措施，移轴补偿就是应用比较广泛的一种。采用移轴补偿时，舵面枢轴的安装位置从舵面前缘向后移动一定距离，进而起到补偿作用。

而所谓的舵面过补偿，从字面意思上理解就是过度的舵面补偿。在特殊情况下，空气动力枢轴力矩大于枢轴之后舵面的枢轴力矩，这就是舵面的过补偿。

1.2 舵面过补偿的特点和危害

飞机的各个翼面前缘遇到过冷水滴极易积冰，其表面也很容易因为铆钉、污迹、工艺问题等因素形成冰脊从而出现积冰现象，积冰会严重破坏飞机翼面的气动外形和气流流线，使表面气流提前分离，临界迎角急剧下降。下面就针对各个翼面在积冰时出现的舵面过补偿进行分析。

飞机水平尾翼对于控制和保持飞机俯仰姿态有着重要作用。平尾前缘积冰会破坏前缘气动外形和气流流线，使平尾下表面的气流分离提前，临界负迎角急剧减小，如图1所示。根据飞机风洞实验数据表明，角冰型对平尾气动特性影响最大，平尾最大负升力系数会下降60%，临界迎角最大会提前10°。

图1 平尾前缘积冰的流态

升降舵过补偿通常出现在着陆放襟翼、复飞阶段，此时飞行高度低，飞行速度慢，飞机急剧下俯是，危险程度极大。还有可能引发平尾失速，进一步增大飞行危险性。

飞机的垂尾也是很容易发生积冰的部位。垂尾前缘积冰后，在大偏角和大侧滑角部位，会出现方向舵过补偿，其原因与升降舵过补偿类似。飞行数据表明，垂尾前缘积冰时，当侧滑角大于15°时，脚蹬力会急剧下降，甚至自发地向施力方向偏移，这样就会导致飞机出现大侧滑，引起飞机掉高度、掉速度甚至失速。在安-24飞机垂尾积冰的试飞中发现，当方向舵偏转角超过18°时，飞行员保持方向舵偏转角所需要的力大为减小，并出现反常操纵现象。

当飞机机翼发生结冰时，会严重影响飞机气动特性，导致飞机升力系数减小，阻力系数增大。当机翼前缘在大迎角或机翼上表面出现横向带状积冰时，流经上表面的气流会提前分离，若副翼向上偏转，补偿面枢轴力矩对舵面将会起主导作用，出现副翼过补偿。此时原本的压杆力可能迅速减小甚至归零，导致侧副翼偏转角自动增大，使飞机发生急剧滚转。

2 舵面过补偿的预防

对于飞机舵面过补偿进行处理，预防是关键，而预防舵面过补偿，避免积冰是根本，这就要求相关技术人员做好日常预防工作。

首先，尽量防止飞机入云或进入结冰区，确实难于避开时，应在进入前3～5min打开飞机各防冰系统开关。另外，在结冰条件下飞行时，应根据结冰程度，决定是否连续或者间歇使用除防冰设备。轻度或中度结冰条件下，可以使机、尾翼除冰系统持续工作。但在严重积冰时，为了防止加温区后出现结冰，应每隔6～8min将机、尾翼加温系统接通3～4min，并严密关注除冰情况。

其次，飞行中若积冰信号灯亮起，表明空气温度、湿度基本达到积冰条件，就必须按相关规定，开启防冰系统进行除冰，并尽快脱离易积冰区。

最后，飞机积冰后，为防止出现副翼过补偿和方向舵过补偿，应避免小速度大迎角飞行以及大侧风飞行，尽量少做转弯和航向改变操作，减少多面偏转。在易积冰条件下着陆和复飞，为防止在大迎角下出现副翼过补偿，不允许粗猛拉杆。为防止飞机在大侧滑角下出现方向舵过补偿，不允许侧滑仪的小球偏离中心超过一个球的位置。

3 舵面过补偿的处置

若机翼前缘积冰，会导致机翼表面产生气流分离，此时飞机会发生轻微的抖动和横侧摇摆，如此时果压杆力减轻，应适当地向前推杆，减小迎角，增大发动机功率，增加飞行速度，并消除飞机倾斜。

若垂尾前缘积冰，出现方向舵过补偿，脚蹬力会急剧下降，甚至自发地向施力方向偏移，为消除侧滑，必须向另一脚蹬施加适当的力。如果涡桨运输机必须在易积冰条件下飞行时，对杆、舵力异常与状态变化要敏感，注意尽快脱离积冰区。一旦出现积冰，应避免速度过小或做过大的飞行操作，操纵动作要柔和协调，以免出现大迎角而危及安全。由于积冰后出现侧滑，不仅会使飞行性能和失速特性严重恶化，而且容易导致方向舵过补偿，加剧侧滑，使飞机急剧旋转或机身倾斜发散失控，因此必须避免侧滑，飞机机动或小速度时更应注意这一点。