涡扇和涡桨类飞机操纵性稳定性试飞对比分析研究
2021-10-18惠少辉
惠少辉,肖 恒
(中国飞行试验研究院,陕西 西安710089)
涡桨和涡扇发动机表面上看虽然只是两种不同的发动机形式,但装上飞机后,其流动特性与飞机舵面产生的耦合,带来了两种不同的飞机响应和特性。文章将对涡扇和涡桨类飞机的气动特性差异、条款要求差异、科目试飞差异、操纵特性差异等四个方面进行对比分析,从气动-试飞的角度诠释产生差异的原因和由此带来的试飞差异。
1 气动特性和布局差异对比分析
相比于涡扇类飞机,涡桨类飞机具有发动机滑流影响大、发动机进动效应影响大等特点,特别对于翼尾近距耦合的涡桨类飞机,其纵向呈现强烈非线性气动特性,螺旋桨滑流与横航向操纵舵面存在复杂的气动干扰,这导致涡扇和涡桨类飞机在操稳试飞上有很大不同。表1为涡桨飞机的特点及影响因素。图1至图4所示为典型涡桨类飞机气动特性曲线。
图1 不同拉力系数下的升力系数曲线
图4 不同拉力系数下全机俯仰力矩曲线
表1 涡桨飞机的特点及影响因素
2 条款要求对比分析
在CCAR25部中,关于涡扇类和涡桨类飞机的操稳有不同的条款要求,这些条款的不同也是由于操稳特性的不同导致的,表2罗列了CCAR25部B分部中对涡桨类飞机和涡扇类飞机的不同条款要求。
表2 涡扇类和涡桨类飞机的操稳条款要求
图2 不同拉力系数下的阻力系数曲线
图3 不同拉力系数下的全机升阻比曲线
3 科目试飞方法对比分析
选取具有典型差异的科目试飞方法和操纵进行对比分析。
3.1 纵向静/动稳定性
涡桨类飞机:在大功率下可能出现不稳定现象,需要重点考核大功率情况下的稳定性。
涡扇类飞机:发动机功率对纵向稳定性影响不大。
3.2 空中最小操纵速度
涡桨类飞机:需要考虑发动机临界发动机的不同状态,即临界发动机处于空慢、停车顺桨两种状态。
涡扇类飞机:临界发动机停车。
3.3 速度急剧改变时的操纵力
涡桨类飞机:在大功率下升降舵偏度对速度变化的梯度可能为负,需要重点考核大功率情况下的梯度。
涡扇类飞机:一般情况下梯度为正。
3.4 失速特性
涡桨类飞机:发动机功率对失速特性影响大,需考虑采用循序渐进的过程由小功率到大功率进行试验,甚至到起飞推力。
涡扇类飞机:发动机功率对失速特性的影响相对较小。
4 正常操纵特性对比分析
4.1 航向配平
涡桨类飞机:受发动机进动效应和滑流双重影响,发动机功率变化后航向需重新配平,大大加重飞行员的操纵负担。
涡扇类飞机:发动机功率对航向影响小。
4.2 起飞及起飞配平
涡桨类飞机:发动机滑流导致飞机在地面中速滑行时即出现抬头趋势,在达到起飞抬前轮速度VR之前,需要飞行员持续顶杆飞行,同时起飞配平的位置也抵消了一部分抬头力矩。
涡扇类飞机:发动力对起飞抬头力矩影响小。
4.3 着陆
涡桨类飞机:着陆后需对涡桨解除限动,可以大大减小着陆距离。
涡扇类飞机:着陆后可操纵发动机手柄至反推位减小着陆距离。
5 结束语
文章通过翔实的气动数据作为支撑,通过分析条款的差异,引出在科目执行时方法的不同和正常操纵特性的差异,详细分析了涡扇类飞机和涡桨类飞机在操纵特性上的差异。