2.6.1 不同攻角和舵偏角对副翼铰链力矩的影响
由图2.12可以看出:对于舵偏角为-5°而言,在α≤5°时,来流作用在舵面产生的是一个向下偏转的正的抬头力矩,随着攻角的增加,舵面垂直于来流方向的投影面积不断地减小,故铰链力矩也在不断地减小;而当α>5°时,铰链力矩开始换向,对于整个副翼来讲,为低头力矩,随着攻角的不断增大,有效攻角和舵面的投影面积在不断地增大,故铰链力矩在数值上表现为绝对值增加。同样对于舵偏角为0°、5°、10°和20°而言,它们的偏转都会产生方向向上的低头力矩,故从总体趋势而言,它们产生的铰链力矩绝对值的大小基本上也是随着攻角的增大而增加的。但中间也存在一些特殊情况,从图2.12中可以明显看出,铰链力矩曲线在大攻角时发生了“上翘”,即在某些舵偏角和攻角前提下,铰链力矩会产生一个方向变化的趋势。尤其是在亚声速(Ma=0.35、0.5、0.6)前提下,当舵偏角一定大的时候,副翼产生的铰链力矩随着攻角的增大并不是单调增加的,而是会出现一个反向变化的趋势。
图2.12 不同舵偏角下产生的铰链力矩
(a)-5°和0°舵偏角;(b)5°、5°和20°舵偏角
图2.13给出了缝隙2.4%C、Ma=0.6时无副翼和带副翼(不同舵偏角)的整个机翼上下表面的弦向压力系数分布曲线。图2.13(a)为ONERA-M6机翼原模型,没有副翼,故它的上下表面弦向压力系数的分布与一般机翼的典型流动相类似。而图2.13(b)、(c)、(d)、(e)、(f)由于副翼的舵面偏转,其弦向压力系数明显区别于一般机翼模型,当舵偏角较小,(δa≤5°)攻角较小时,主翼面和副翼之间存在缝隙,虽然缝隙的存在会影响气流在后方副翼舵面的流动,同时还损失一部分升力,但由于舵偏角和攻角都较小,流经舵面时,附面层还没有完全发生分离,后缘脱体涡并没有形成,故压力系数只是有些轻微的变化;当舵面偏转到一定程度时,见图2.13(f),δa达到了20°,整个副翼段的升力明显增加,可以明显看到靠近缝隙段处,整个机翼由于受舵面偏转的影响呈现出上表面压强减小,下表面压强增大,升力增加。
图2.13 缝隙2.4%C、Ma=0.6时无副翼和带副翼(不同舵偏角)的整个机翼上下表面的弦向压力系数分布曲线
(a)无副翼;(b)δa=-5°;(c)δa=0°;(d)δa=5°;(e)δa=15°;(f)δa=20°
从图2.14中可以明显看出,舵面上表面压力沿着流向在不断地升高,同时气流也有分离的趋势,舵面下表面压力沿着流向在降低,舵面偏角越大,舵面上表面的压力就会越小,而下表面的压力就会越大,因此随着舵偏角增大,舵面的升力增大,舵面的铰链力矩也就增大。
图2.14为攻角α=20°时机翼截面65%C处的流线图,可见,此时整个流场都处于分离流态,气流的卷积作用较强,靠近舵面和舵面后缘都产生了自身的涡系和明显的涡核。(涡心在不断地向后移动——为后面缝隙流动分析做准备)
图2.14 攻角α=20°时机翼截面65%C处的流线图
(a)δa=-10°;(b)δa=-5°;(c)δa=0°;(d)δa=5°;(e)δa=15°;(f)δa=20°