質(zhì)量平衡、氣動(dòng)補(bǔ)償和氣動(dòng)平衡主講人：徐峰《飛行原理》01.質(zhì)量平衡02.氣動(dòng)補(bǔ)償03.氣動(dòng)平衡目錄contents質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡的目的質(zhì)量平衡是在操縱面前緣內(nèi)部加配重，使操縱面的重心前移，移到轉(zhuǎn)軸之前。目的是防止顫振。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在均勻氣流中，由于彈性力、慣性力和氣動(dòng)力的耦合作用而發(fā)生的一種自激振動(dòng)。當(dāng)激振力對(duì)結(jié)構(gòu)所做的功等于或大于阻尼力所消耗的能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生顫振。顫振圖4-34機(jī)翼彎曲振動(dòng)時(shí)，副翼的偏轉(zhuǎn)情況（a）上下偏離情況；（b）結(jié)合飛機(jī)距離示出質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡的目的質(zhì)量平衡是在操縱面前緣內(nèi)部加配重，使操縱面的重心前移，移到轉(zhuǎn)軸之前。目的是防止顫振。顫振時(shí)，振幅保持定值或越來(lái)越大，結(jié)果會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)毀壞，帶來(lái)嚴(yán)重的后果。飛機(jī)上有各種振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的組合都可能產(chǎn)生顫振，現(xiàn)在僅以機(jī)翼彎曲副翼顫振為例子說(shuō)明對(duì)操縱面進(jìn)行質(zhì)量平衡的作用。圖4-34機(jī)翼彎曲振動(dòng)時(shí)，副翼的偏轉(zhuǎn)情況（a）上下偏離情況；（b）結(jié)合飛機(jī)距離示出質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡的方法對(duì)操縱面進(jìn)行質(zhì)量平衡加配重的方法有兩種。一種是集中配重，就是使用一些集中配重物，通過(guò)支架安裝在操縱面前緣距轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的地方。這種配重方法增加質(zhì)量少，使操縱面重心前移效果顯著。但由于配重往往會(huì)突出在氣流中【如圖所示】會(huì)增加阻力。而且這種配重將質(zhì)量集中在操縱面的某個(gè)截面上，并不滿足動(dòng)平衡對(duì)操縱面質(zhì)量沿展向變化均勻、連續(xù)的要求，所以防顫振效果較差。圖4-35操縱面上的配重（a）集中配重；（b）分散配重1-操縱面；2-配重；3-尾翼質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡的方法對(duì)操縱面進(jìn)行質(zhì)量平衡加配重的方法有兩種。另一種方法是分散配重。將配重物沿操縱面前緣分散布置【如圖所示】。這種配重方法達(dá)到配重要求所需配重物的質(zhì)量大，但它的氣動(dòng)外形好，不會(huì)增加阻力;而且使操縱面各截面質(zhì)量都得到平衡，防止顫振效果好，在高速飛機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。圖4-35操縱面上的配重（a）集中配重；（b）分散配重1-操縱面；2-配重；3-尾翼氣動(dòng)補(bǔ)償鉸鏈力矩Mj=F×d作用在舵面上的氣動(dòng)力對(duì)舵面轉(zhuǎn)軸的力矩，稱(chēng)為鉸鏈力矩，用Mj表示。由圖4-36可得出圖4-36鉸鏈力矩1-操縱面；2-尾翼面；3-轉(zhuǎn)軸；a-操縱拉桿；b-搖臂氣動(dòng)補(bǔ)償鉸鏈力矩Mc=P×h偏轉(zhuǎn)舵面時(shí)，必須用傳動(dòng)桿力P對(duì)轉(zhuǎn)軸形成的力矩來(lái)克服鉸鏈力矩。克服鉸鏈力矩使舵面偏轉(zhuǎn)的力矩稱(chēng)為操縱力矩，用Mc表示。由圖4-36可得出圖4-36鉸鏈力矩1-操縱面；2-尾翼面；3-轉(zhuǎn)軸；a-操縱拉桿；b-搖臂氣動(dòng)補(bǔ)償Mc≥Mjp×h≥F×d要使舵面偏轉(zhuǎn)必須滿足：因此拉桿上的力p≥F×d/h圖4-36鉸鏈力矩1-操縱面；2-尾翼面；3-轉(zhuǎn)軸；a-操縱拉桿；b-搖臂氣動(dòng)補(bǔ)償01軸式補(bǔ)償氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞捷S式補(bǔ)償是將操縱面轉(zhuǎn)軸從前緣向后移動(dòng)一段距離，從而達(dá)到減少鉸鏈力矩的一種簡(jiǎn)單氣動(dòng)補(bǔ)償方法。氣動(dòng)補(bǔ)償02角式補(bǔ)償角式補(bǔ)償通常是在操縱面的外側(cè)部位(或上側(cè)部位)，操縱面的一-部分向前伸出，伸到操縱面轉(zhuǎn)軸之前，形成-一個(gè)角(如圖所示)。這個(gè)角的面積一般占操縱面面積的6%~12%。當(dāng)操縱面偏轉(zhuǎn)時(shí)，外伸角部分上的氣動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸力矩，與操縱面上氣動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩，方向相反，減少總鉸鏈力矩，起到氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔茫@叫角式補(bǔ)償。氣動(dòng)補(bǔ)償03內(nèi)封補(bǔ)償圖4-39示出內(nèi)封補(bǔ)償?shù)膬煞N形式：密封布式和平衡板式。內(nèi)封補(bǔ)償多用于副翼的氣動(dòng)補(bǔ)償上。它是利用副翼前緣和機(jī)翼后部之間的空腔。在空腔中安裝有擺板、平衡板(平衡板式的)或氣密的玻璃纖維布(密封布式的)，將空腔分成上、下不通氣的兩個(gè)室。副翼向下偏轉(zhuǎn)時(shí)【如圖所示】，將上室打開(kāi)，下室封閉，上室內(nèi)空氣隨氣流流走形成負(fù)壓，上下室內(nèi)壓力差形成的氣動(dòng)力對(duì)副翼轉(zhuǎn)軸的矩與副翼上氣動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的矩相反，減少鉸鏈力矩，起到氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔谩鈩?dòng)補(bǔ)償04隨動(dòng)補(bǔ)償片隨動(dòng)補(bǔ)償是利用隨動(dòng)補(bǔ)償片來(lái)進(jìn)行氣動(dòng)補(bǔ)償。隨動(dòng)補(bǔ)償片(又稱(chēng)為伺服補(bǔ)償片)是安裝在操縱面后緣上的一個(gè)小調(diào)整片。它可以繞支持在操縱面上鉸鏈形成的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)一根剛性連桿與前面固定翼面相連（如圖所示）。隨動(dòng)補(bǔ)償片對(duì)操縱面的氣動(dòng)補(bǔ)償與操縱力大小無(wú)關(guān)。只要操縱面偏轉(zhuǎn)，隨動(dòng)補(bǔ)償片就向相反方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行氣動(dòng)補(bǔ)償。氣動(dòng)補(bǔ)償05彈簧補(bǔ)償片圖4-41所示的彈簧補(bǔ)償片的構(gòu)造如下:操縱面的操縱搖臂鉸接在操縱面轉(zhuǎn)軸上，是一個(gè)可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿。搖臂上端與操縱拉桿相連，而下端則通過(guò)一個(gè)彈簧筒與操縱面上的承力件相連。搖臂的下端還通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度不變的傳動(dòng)桿與補(bǔ)償面上的搖臂相連。當(dāng)操縱力較小時(shí)，操縱拉桿通過(guò)搖臂作用在彈簧筒中彈簧上的力不能將彈簧拉開(kāi)，此時(shí)彈簀筒就是個(gè)剛性連桿，力通過(guò)它傳到操縱面承力件上，帶動(dòng)操縱面偏轉(zhuǎn)，傳動(dòng)桿帶動(dòng)補(bǔ)償片隨操縱面同向偏轉(zhuǎn)，不起氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔谩鈩?dòng)補(bǔ)償05彈簧補(bǔ)償片圖4-41所示的彈簧補(bǔ)償片的構(gòu)造如下:當(dāng)操縱力達(dá)到一定值時(shí)，操縱拉桿通過(guò)搖臂作用在彈簀簡(jiǎn)中彈簧上的力將彈簀拉開(kāi)，彈簧不但把力傳給操縱面的承力件，使操縱面偏轉(zhuǎn)，而且由于彈簧筒長(zhǎng)度的改變，操縱面上的搖臂相對(duì)操縱面轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂下端點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)桿帶動(dòng)補(bǔ)償片向相反方向偏轉(zhuǎn)，進(jìn)行氣動(dòng)補(bǔ)償。氣動(dòng)平衡

氣動(dòng)平衡是在飛機(jī)處于某一飛行狀態(tài)時(shí)，完全消除駕駛桿力，實(shí)現(xiàn)松桿飛行。氣動(dòng)平衡裝置有調(diào)整片和可變安裝角的水平安定面兩種。氣動(dòng)平衡調(diào)整片固定調(diào)整片這是一種在飛行中固定不動(dòng)的調(diào)整片。由于飛機(jī)生產(chǎn)制造的誤差，造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)重力不平衡、氣動(dòng)外形不對(duì)稱(chēng)等，使飛機(jī)試飛時(shí)，駕駛員感到飛機(jī)上存在某種不平衡力矩。根據(jù)試飛結(jié)果，改變固定調(diào)整片向上、向下的彎曲角度，消除這些不平衡力矩。一旦調(diào)好后，這些調(diào)整片就固定了，在飛行中不能改變。氣動(dòng)平衡配平調(diào)整片是安裝在操縱面后面的一個(gè)小翼面，可繞其支持在操縱面上的鉸鏈形成的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。駕駛員使用配平手輪或電門(mén)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或渦輪螺桿來(lái)控制，如圖4-42所示。氣動(dòng)平衡隨動(dòng)配平補(bǔ)翼這是一種將隨動(dòng)補(bǔ)償和配平兩種功能結(jié)合起來(lái)的一種調(diào)整片，如圖所示。調(diào)整片通過(guò)一剛性連桿與固定翼面上的搖臂相連，而搖臂又受到配平操縱機(jī)構(gòu)的控制。駕駛員偏轉(zhuǎn)操縱面時(shí)，由于剛性連桿的作用，調(diào)整片向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，起到氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔谩．?dāng)飛機(jī)達(dá)到某一飛行狀態(tài)后，駕駛員再通過(guò)配平操縱，轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂4，使調(diào)整片繼續(xù)向相反方向偏轉(zhuǎn)，以完成抵消鉸鏈力矩，達(dá)到在這一飛行狀態(tài)下的松桿飛行。氣動(dòng)平衡可變安裝角的水平安定面這是目前高速大型飛機(jī)常采用的一種氣動(dòng)配平的裝置。這種水平安定面與一般水平尾翼的安定面不同，它的后梁固定在一個(gè)鉸鏈支承上，前梁的下方通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與水平安定面配平作動(dòng)器相接（如圖所示）。駕駛員可通過(guò)配平手輪或配平電門(mén)驅(qū)動(dòng)配平作動(dòng)器升高或降低前梁的支點(diǎn)，使安定面繞后梁的鉸支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變其安裝角，達(dá)到縱向配平的目的。水平安定面的安裝角變化范圍一般在一12°~+3°之間。氣動(dòng)平衡在起飛過(guò)程中，通過(guò)改變安定面的角度