2.2　铰链力矩及其影响因素

2.2　铰链力矩及其影响因素

铰链力矩的产生机理如图2.1所示。

图2.1　铰链力矩的产生机理

操纵面的铰链力矩为无量纲系数时，采用式（2.1）：

式中，Sr为舵面的面积；bA.r为舵面的平均气动弦长。

从上面可以看出，铰链力矩系数的大小主要取决于舵的类型和形状、来流马赫数、飞机飞行的攻角α、转轴的位置和舵偏角aδ。

在保持几何相似和空气动力相似的条件下，即保持舵面形状、马赫数、α和aδ角不变，如果增大舵面的尺寸或动压，铰链力矩会急剧增大。例如，如果线性尺寸增加至2倍，那么铰链力矩则会增至8倍。

因此，随着飞机气动外形的尺寸和飞行速度的不断增加，铰链力矩会急剧增大，那么舵面偏转所需要的力也就越大。目前确定铰链力矩最可靠的方法是风洞实验或飞行实验，但是影响铰链力矩的因素很多，有时是不太重要的几何特性（如舵前缘形状、舵面与稳定面之间的缝隙形状和尺寸、稳定面和舵面剖面形状等），而且其影响程度取决于马赫数、α和aδ。

在实际设计中为了减小铰链力矩，所取舵轴一般都很靠近舵面的压心（即减小力臂）。但是这也带来一个很大的缺点，即在确定压心位置时哪怕只是很小的偏差，也会导致铰链力矩值的很大误差。例如，设h=0.05bA.r，确定压心位置的精度为±0.02bA.r，则Mh的误差可达±40%。

因此依靠计算可获得的只是铰链力矩的数量级。尽管这样，通过计算来确定Mh的方法仍然是非常有用的。尤其是在飞机初步设计阶段甚至是非常必要的，因为它可以为选择舵传动装置的功率大小，确定舵面和操纵机构上的载荷大小提供大致的范围和方向。