安装角(一般用ψ表示)是指机翼基准面和水平面的夹角,当机翼有扭转时,则是指扭转轴和水平面的夹角。当安装角向上的称为上反角(即ψ>0),一般下单翼的飞机都具有一定的上反角,上反角能提高飞机的侧向稳定性。1
定义安装角(一般用ψ表示)是指机翼基准面和水平面的夹角,当机翼有扭转时,则是指扭转轴和水平面的夹角。当安装角向上的称为上反角(即ψ>0),一般下单翼的飞机都具有一定的上反角,上反角能提高飞机的侧向稳定性。13
凡低于音速的飞机其机翼安装一般都是从根部向外向上翘,因此对于低音速飞机而言其安装角均为上反角。当上反角为负时,就变成了下反角。上反角的范围在0~7°之间。3
作用上反角的作用是飞机飞行时如果出现侧滑现象时,迎向侧滑方向的一侧机翼的迎风面积以及迎角就会比另一侧机翼要大很多,这就会使飞机产生反向侧滑的力量,即达到迅速修正侧滑的目的。所以飞机的上反角是为了使飞机具备自动修正飞行姿态异常的功能而设计的。包括机翼的后掠角也是为此目的而设计的。3
有上反角的飞机,两机翼升力并不是竖直向上的,图中F为机翼升力,建力水平竖直坐标系将两个升力F分解,F2与F4平衡 , F1+F3=G , 此时飞机水平竖直平衡。4
当飞机转弯时,机身需要倾斜,这时F2变小、F1变大、F3变小、F4变大,F2与F4水平合力可以使飞机出现水平平移,无法使飞机保持直线飞行,此时拉方向舵无法使飞机像正常飞机一样转弯或转弯效果差,所以上反角不能随便设定太大角度,要能保证分力F2方向是与F4相反的此时水平平移现象很小几乎没有。飞机看成杠杆,支点在机身中部,此时F1大于F3,力臂L1大于L2,飞机升力将迫使飞机机身回到水平,有上反角的飞机需要副翼和方向舵连续配合。所以可见,上反角起到的是提高飞机稳定性,安装有上反角的飞机不适合做翻滚水平小半径急转弯。上反角越大这种效果越明显,如果上反角度设置不适当,转弯会出现吃力或无法转弯的情况。上反角另一个好处是可以抗侧风,同样的侧风对没有上反角的飞机影响要比有上反角的飞机大很多。4
对于飞机上反角的作用还有另外一种解释方法:3
保证飞机横向稳定性的主要因素是机翼的后掠角和上反角。也就是说,迫使飞机自动恢复原来横向平衡状态的恢复力矩主要是机翼的上反角和后掠角的作用所产生的。例如平飞中,飞机受扰动而带微小左坡度时,升力Y和飞机重力G的合力F起着向心力的作用,使飞机向左侧方向作曲线运动(如右图A),而出现左侧滑。此时,因上反角的作用左翼迎角增大,升力也增大,而右翼则相反,迎角和升力都减小。 左右机翼升力之差,形成横向恢复力矩,力图消除坡度和向心力,进而消除侧滑(如右图B)。而使飞机具有自动恢复横向平衡状态的趋势。4
设计思路机翼上反角的确定主要依据以下几点:4
1、在概念设计阶段主要依据统计值,而统计值的大小与飞机布局形式有关;4
2、与尾翼布置有关,“T"平尾会增加横向稳定性;对于”T"平尾和下单翼布局,上反角为3°左右,对于“T"平尾和上单翼布局,上反角-5°至-2°。4
上反角研究与设计利用数值模拟技术,对其机翼上反角的空气动力特性进行研究表明,机翼上反角对该类飞机升阻特性及俯仰力矩特性影响较小,上反使升力略有损失;对横航向空气动力特性影响较大,尤其是对横向静稳定性影响较为显著,上反角每增加1°横向静稳定性C1β约增加18.7%,而下反角则降低了横向静稳定性;对航向静稳定性略有影响,上反角使Cnβ略有降低,下反角使Cnβ稍有增加。以上结论可作为同类飞机初步设计或改进改型时的参考和依据。2
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于仁业 - 高级工程师 - 中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司