2005年5月19日
工程师们利哈伊大学设计并成功试飞了一种新的控制装置,飞行员可以用它来调整飞机的横向稳定性。
机械工程与力学副教授约阿希姆·格里奈斯泰特(Joachim Grenestedt)设计了附在副翼上的“倾斜翼片”。副翼是机翼上的可移动控制面,用于使飞机垂直滚动。
Grenestedt是一名航空爱好者,拥有并驾驶自己的双座飞机。他说,这些标签的长度和宽度都只有几英寸。标签围绕插入副翼的铝管旋转。
在加利福尼亚州莫哈韦的国家试飞员学校(NTPS)进行的测试飞行中,每个副翼上都安装了三个标签。在这些测试中使用的标签可以在飞行中最多调整30度。
Grenestedt说,当在一架装有8英尺长的副翼的Aermacchi AM-3“Bosbok”观测侦察机上进行测试时,这些标签使横向不稳定的飞机保持稳定。
“我们找了一架不稳定的飞机,给它装上倾斜的挂钩,使它稳定下来。当飞机开始侧滑时,挂钩对副翼施加压力,导致飞机倾斜或滚动,并恢复横向稳定。”
Aermacchi不具备民用飞机所要求的仅使用方向舵就能垂直翻转的能力。
Grenestedt说:“通常情况下,你要用副翼使飞机垂直转动。”“如果失去了主滚转控制,就必须使用方向舵。”Aermacchi缺乏这种备份功能。
NTPS的试飞员指导员拉斯·斯图尔特(Russ Stewart)说,倾斜的标签使他能够只用方向舵来滚动Aermacchi。
拥有30多年试飞经验的斯图尔特说:“倾斜的挡板实际上使飞机能够正确地操纵。”“当它们开始部署到大约三分之一的射程时,它们将棍棒力转向了正确的方向。”
稳定性是飞机垂直、水平和垂直飞行的趋势。正横向稳定性是指飞机在受到干扰时,不需要飞行员的纠正就能恢复到原来的稳定位置。中性稳定性是指恢复力不存在,平面既不从扰动位置返回,也不移得更远。
负稳定性意味着飞机将倾向于从其初始位置进一步移动。
在Aermacchi的案例中,倾斜的标签被用来增加横向稳定性。然而,Grenestedt说,倾斜的挡板也可以用来降低横向稳定性,从而减少荷兰侧滚倾向和在横风起飞和降落时的粘附力。荷兰式滚转是一种结合滚转、滑移和偏航的振荡运动。这些振荡通常有一个短的周期,这是飞行员要克服的一个挑战。适量的荷兰面包虽然不会致命,但容易引起恶心,尤其是乘客。
Grenestedt和Lehigh研究科学家Bill Maroun为Aermacchi改装了一套常规副翼,并安装了倾斜的翼片。
Grenestedt用铅笔和纸完成了所有的设计计算。但倾斜的标签表明,它们可以弥补横向稳定性的不足。
“倾斜翼片的最大好处可能是可以解决现有飞机的横向稳定性缺陷,减少对机身进行大规模改装的需求。”
斯图尔特驾驶改装后的Aermacchi进行了两次单独飞行,以验证其安全性和抗颤振性。他和NTPS飞行测试工程师教官肯特·纳尔逊(Kent Nelson)用仪器完成了另外四次飞行,测量线性和角加速度、方向舵和副翼偏转、粘附力、空气速度和高度。
为了测量横向稳定性,飞行员使用了各种各样的机动,包括稳定的航向侧向滑动、释放方向舵、岸对岸翻滚和螺旋稳定飞行。特别是稳定的掘进侧卡瓦表现出了倾斜卡瓦的影响。斯图尔特说:“打开半方向舵,倾斜的挂钩将杆力从负1或2磅(意味着负横向稳定性)改变为正10磅。”
每次试飞都持续了大约一个小时,飞行高度达到了5000英尺。
格里涅斯泰特说,在副翼上安装斜翼的想法是由他的朋友斯文-奥洛夫·里德尔提出的。里德尔是瑞典的流体动力学专家,以飞机和游艇设计而闻名。
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