飞翼飞机的商业应用(如本文讨论的 Flying-V)有助于减少航空业产生的碳和氮排放。然而,由于没有尾翼,所有飞翼飞机的可控性都降低了。因此,机翼上控制面的位置和尺寸是一个不小的问题。本文重点介绍如何使用基于认证要求的离线操控质量模拟来解决此问题。在不同的飞行条件下,飞机必须能够执行认证机构定义的一组特定的机动。首先,离线模拟计算执行每个机动所需的升降舵、副翼和方向舵的最小控制权限。然后,根据所有机动的全局最小值,确定控制面的尺寸并沿机翼放置。所采用的气动模型结合使用了雷诺平均纳维-斯托克斯 (RANS) 和涡格法 (VLM) 模拟。使用VLM和用RANS模拟校准的VLM对控制面的控制权限进行评估,发现两者之间存在显著差异。
飞行由奥托·利林塔尔 (Otto Lilienthal) 在 1891 年左右完成,飞机的运动仅通过移动飞行员的身体来控制,即重新定位重心,从今天的角度来看,这很难被视为 FCS。奥托·利林塔尔 (Otto Lilienthal) 也首次尝试通过偏转控制面来控制飞机运动 [1]。利林塔尔滑翔机的控制系统显然是作为纯机械组件设计的。例如,副翼控制面是机翼的末端部分,可以向下包裹以改变机翼的翼型和机翼弯曲部分的攻角,从而增加机翼一部分的升力。表面的控制部分通过一组电线连接到由飞行员致动的环上。这种布局随后被所有其他飞机制造商采用并进一步发展。利林塔尔的环变成了一根棍子,控制面与翼身分离以便于移动。然而,机械连接组件的演变并不那么显著。尽管在某种程度上比几根电线和滑轮复杂得多,但驾驶舱控制装置和控制面之间的机械连接如今在所有小型飞机中都很常见。
美国国家运输安全委员会认定,事故可能是由于除冰罩外的冰脊累积后,副翼铰链力矩突然意外逆转导致失控,原因如下:1) ATR 未能向操作员完全披露有关 ATR 72 在此类条件下飞行时结冰对稳定性和控制特性、自动驾驶仪和相关操作程序的已知影响的充分信息,亦未将其纳入 ATR 72 飞机飞行手册、机组操作手册和机组培训计划中;当时飞机处于等待航线,间歇性遇到过冷云和毛毛雨/雨滴,其大小和含水量超过了结冰认证包中所述的范围。飞机很容易失去控制,机组无法恢复。造成事故的原因包括:1)2)法国民航总局(DGAC)对 ATR 42 和 72 监管不力,未能采取必要的纠正措施确保飞机在结冰条件下继续适航;2)3)DGAC 未能及时向 FAA 提供根据以往 ATR 事件和结冰条件下事故总结出的适航信息,而这在双边适航协议和国际民用航空公约附件 8 中有明确规定。
(1) FAR 第 25.703 节“起飞警告系统”规定,运输飞机必须安装起飞配置警告系统。该规则由 1978 年 3 月 1 日生效的 25-42 修正案添加到第 25 部分。第 25.703 节要求安装起飞警告系统,并在飞机未处于允许安全起飞的配置时,在起飞滑跑的初始阶段向机组人员提供声音警告。该规则的目的是要求起飞配置警告系统仅涵盖 (a) 所需系统的不安全配置,以及 (b) 如果没有提供单独且充分的警告,则系统故障导致表面或系统功能错误的影响。根据 25-42 修正案的序言,起飞警告系统应作为“检查单的备份,特别是在异常情况下,例如检查单中断或起飞延迟。”需要警告的情况包括襟翼或前缘装置不在批准的起飞位置范围内,以及机翼扰流板(符合 5 25.671 要求的横向控制扰流板除外)、减速板或纵向配平装置处于不允许安全起飞的位置。如果这些装置可以放置在不允许安全起飞的位置,还应考虑增加方向舵配平和副翼(滚转)配平。
1 引言 近年来复合材料被广泛应用于运输飞机的制造。复合材料在商用运输中的首次重大应用是空客 1983 年为 A300/310 飞机采用的全复合材料方向舵。1985 年,空客也在同样的型号中引入了复合材料垂直尾翼。随着 A300/310 的成功,空客为 A320 飞机引入了全复合材料尾翼结构。A320 飞机的复合材料重量占结构重量的 15%。1970 年代末,NASA 和波音、洛克希德、MD 等主要机身公司启动了 ACEE 计划。该计划的主要目标是通过使用复合材料来减轻机身结构重量。在 ACEE 计划中,B737 的尾翼被复合材料取代,MD 为商用运输飞机开发了全复合材料机翼,洛克希德为 L1011 设计了新的复合材料垂直尾翼和副翼。在美国,复合材料在民航客机上应用最为广泛的是B777,复合材料结构占B777结构重量的10%,B777的尾翼、地板梁、襟翼和外副翼均采用复合材料制造。空客和波音最近研制的民航客机的机身和机翼结构也采用了复合材料,A350和B787的复合材料重量比将超过50%,两款飞机的翼盒和机身结构均采用了复合材料。
(3) 在起落架和襟翼处于任何位置时,以 1.2 VSI 的垂直、稳定滑行,并且在功率条件下不超过最大连续功率的 50%,当滑行角增加到适合该类型飞机的最大值时,副翼和方向舵的控制运动和控制力必须稳定增加(但不一定按恒定比例增加)。在较大的滑行角下,直到使用全方向舵或副翼控制或获得 JAR-VLA 143 中包含的控制力极限为止,方向舵踏板力不得反转。滑行必须有足够的倾斜度以保持恒定的航向。快速进入最大滑行或从最大滑行恢复不得导致失控的飞行特性。 (b) 双控制(或简化控制)飞机。双控飞机的稳定性要求如下:飞机的方向稳定性必须通过以下方式来证明:在每种配置下,飞机都可以快速地从一个方向的 45 英寸倾斜度滑向相反方向的 4 5 度倾斜度,而不会出现危险的滑行特性。飞机的横向稳定性必须通过以下方式来证明:当放弃控制两分钟时,飞机不会呈现危险的姿态或速度。这必须在适度平稳的空气中进行,飞机以 0-9 VH 或 Vc(取较低者)进行直线平飞,襟翼和起落架收起,重心后移。