[科普中國(guó)]-配平升力系數(shù)

背景

在早期的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，作為飛行力學(xué)的兩個(gè)分支—質(zhì)點(diǎn)飛行力學(xué)和剛體飛行力學(xué)的工作是相互獨(dú)立地進(jìn)行的，二者都不考慮它們之間的任何依賴(lài)關(guān)系。然而在現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)得到充分地證明：通過(guò)降低對(duì)飛機(jī)的固有靜安定度的要求，并且由加裝一個(gè)匹配可靠的穩(wěn)定增益系統(tǒng)來(lái)保證飛機(jī)的飛行安全，可以獲得很大的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)術(shù)性能方面的收益。因此，放寬飛機(jī)靜安定度的設(shè)計(jì)，采用主動(dòng)控制技術(shù)獲得了廣泛的重視和應(yīng)用。

對(duì)于后平尾飛機(jī)通過(guò)進(jìn)一步向后移動(dòng)它的重心位置可以使總阻力下降這一結(jié)論已被公認(rèn)。飛機(jī)重心位置向后移動(dòng)可以使配平狀態(tài)下的尾翼負(fù)升力（或稱(chēng)負(fù)載荷）下降，甚至可能產(chǎn)生正的平尾升力，由此可以使飛機(jī)的總配平阻力下降，這樣的設(shè)計(jì)稱(chēng)之放寬靜安定度的設(shè)計(jì)。放寬飛機(jī)的靜安定度并以不大的反饋增益系統(tǒng)的重量為代價(jià)所帶來(lái)的好處，一個(gè)是在給定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)情況下，可以降低平尾、機(jī)翼和機(jī)身的重量，從而降低飛機(jī)的造價(jià)。再就是通過(guò)降低飛機(jī)的配平阻力來(lái)提高飛機(jī)的飛行性能。尤其是對(duì)于作戰(zhàn)飛機(jī).提高它的機(jī)動(dòng)性能一直是飛機(jī)設(shè)計(jì)師們所追求的目標(biāo)。

在對(duì)后平尾布局飛機(jī)的誘導(dǎo)阻力的研究中，其最小誘導(dǎo)阻力出現(xiàn)在平尾具有正升力的情況，已經(jīng)得到了證實(shí)。對(duì)于這一結(jié)論，在很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒(méi)有得到公認(rèn)，其主要原因是人們只考慮了在具有負(fù)升力的平尾處的機(jī)翼下洗會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“尾翼推力”，因而使總誘導(dǎo)阻力下降這一事實(shí)，而忘記了尾翼的負(fù)升力還會(huì)在機(jī)翼上產(chǎn)生一個(gè)下洗，從而產(chǎn)生一個(gè)附加阻力的緣故。

事實(shí)上，當(dāng)后平尾飛機(jī)的尾翼升力為正時(shí)，由機(jī)翼邊緣渦所產(chǎn)生的下洗會(huì)增加尾翼的誘導(dǎo)阻力，但是尾翼上的正升力的環(huán)量渦系對(duì)機(jī)其來(lái)說(shuō)將產(chǎn)生一個(gè)上洗，這一上洗會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“機(jī)翼推力”分量、它抵消機(jī)翼在尾翼上的下洗所產(chǎn)生的阻力增量，而使飛機(jī)總誘導(dǎo)阻力減小。

由于提高戰(zhàn)斗機(jī)飛行性能一直是設(shè)計(jì)師們所追求的目標(biāo)，所以如何降低飛機(jī)在配平狀態(tài)的阻力間題始終是他們的研究課題。其中翼-身組合體和尾翼的型阻的下降會(huì)直接降低配平阻力，對(duì)于這項(xiàng)工作，氣動(dòng)力設(shè)計(jì)師們已經(jīng)作了很大的努力。而另外一項(xiàng)阻力，盡管它所占比例可能較小，可以通過(guò)對(duì)翼一身組合體和尾翼之間巧妙的升力分配而得到.以便使總阻力最小的誘導(dǎo)阻力得到權(quán)衡。這就是所謂的配平阻力問(wèn)題。2

計(jì)算方法

上式為飛機(jī)配平升力系數(shù)的計(jì)算式，其中是平尾偏角為零時(shí)剛性飛機(jī)的升力系數(shù)。當(dāng)已知某一平尾偏角下飛機(jī)的升力曲線(xiàn)，就可以得到與之對(duì)應(yīng)的配平機(jī)身迎角的升力系數(shù)，即為該狀態(tài)下的配平升力系數(shù)。將各平尾偏角狀態(tài)下的配平機(jī)身迎角與配平升力系數(shù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接起來(lái)，即可得到全機(jī)配平狀態(tài)的升力曲線(xiàn)。具體的計(jì)算方法是:利用計(jì)算得到配平機(jī)身迎角，通過(guò)數(shù)據(jù)插值求得該迎角對(duì)應(yīng)的配平升力系數(shù)。3