飞机飞行主操纵面包括副翼、升降舵(或全动平尾)和方向舵,分别控制飞机绕纵轴、横轴和立轴转动。飞行主操纵面安装于机翼和尾翼的后缘。它们偏转后改变了机翼、尾翼的气动特性,从而达到操纵飞机的目的。通常将飞行操纵面按功能分为主操纵面和辅助操纵面两大类。
基本介绍
- 中文名:主操纵面
- 外文名:PRIMARY FLIGHT CONTROL SURFACE
- 所属领域:航空
- 组成:副翼、升降舵和方向舵
- 用途:操纵飞机
- 蒙皮:通常为金属薄壁板
用途
飞机的主操纵面包括升降舵、方向舵和副翼,其功用是当它们偏转时产生附加空气动力,对飞机的纵轴、横轴和立轴形成气动力矩,改变或保持飞机的飞行姿态(轨迹)。
大多数小型飞机採用金属薄壁板作为飞行操纵面的蒙皮。这些金属薄壁板通常经过模压,形成波纹,达到冷作硬化的效果。以获得足够的刚度。出于结构强度和重量等因素的要求,操纵面的梁和肋也经过冲压或锻压处理,它们与薄壁蒙皮铆接成整体,形成硬壳式或半硬壳式轻质结构。操纵面前樑上同定有铰接接头,用于与机翼、安定面的接头连线。
组成
副翼铰接于两边机翼外侧的后缘。两边副翼相对反向偏转时产生对飞机纵轴的力矩,即横滚力矩,实现对飞机的横滚操纵,并与方向舵配合使飞机协调转弯。副翼上偏一侧机翼的升力减小.副翼下偏一侧机翼的升力增大.因此飞机会向副翼上偏一侧进行滚转。飞机转弯时,副翼产生的滚转力矩可以抵消方向舵偏转造成的附加滚转力矩,使飞机向方向舵偏转的方向转弯,防止出现反向侧滑。

升降舵铰接于水平安定面之后,向上或向下偏转时会产生附加气动力,从而形成对飞机横轴的力矩,即俯仰力矩,实现对飞机的俯仰操纵。某些小型飞机将水平安定面和升降舵做成整体,称为全动平尾,主要是为了提高俯仰操纵的效率。升降舵上偏时飞机抬头,反之则低头。
方向舵铰接于垂直安定面之后,它向左或右偏转时会产生附加气动力,从而形成对飞机立轴的力矩,即偏航力矩,实现对飞机航向的操纵。
活塞发动机飞机的结构尺寸一般较小,绕机体坐标系纵轴、横轴、竖轴的惯性矩相对较小,正常飞行时操纵舵面偏转时所受的局部气动力不大。目前操纵面主要有金属结构和複合材料结构两种类型。採用複合材料製造的舵面一般是单梁式结构或蜂窝夹芯硬壳式结构,舵面重量轻、刚度大,但应注意对螺旋桨吹拂导致的小石子等异物撞击损伤进行检查。
三个主操纵面
绕立轴转(方向舵)
以船为例,船在水中须用舵来控制航向,安装在船尾的舵如果向右偏转,水流的冲击船尾就向左偏转,船头就带船体向右转了;反之,舵板如果向左偏转,水流的冲击船尾就向右偏转,船头就带船体向左转了。飞机的尾部也装有一个可以左右活动的舵板,当它向右转时,机尾向左偏转,则飞机向右转;当它向左转时,机尾向右偏转,则飞机向左转。这个舵板就叫方向舵。
绕横轴转(升降舵)
飞机尾部装有一副可以上下活动的舵板。当舵板向上翻起时,气流冲击它使机尾向下,机头就会抬起;反之,舵板向下打开,则机尾被抬高,机头向下,飞机出现俯身。这个舵板就叫升降舵。
绕纵轴转(副翼)
飞机左右机翼各装上一个可以转动的翼面,称为副翼,它们在同一时间内反向运动,会使飞机一侧机翼升高,另一侧机翼下沉,造成飞机的倾斜。
飞机安装了副翼、方向舵和升降舵,驾驶员可以灵活地控制飞机的俯仰(低头、抬头),转向(左转、右转)和侧倾(左侧倾、右侧倾)。以上这三种活动翼面被统称为飞机的操纵面。
操纵面的操作
飞机驾驶员坐在驾驶舱内,用手操纵驾驶桿,用脚蹬方向舵来控制飞机的飞行。驾驶桿通过钢索等机械机构直接控制升降舵和副翼。
驾驶桿向前推时,由钢索牵动升降舵转向下方,机尾被气流抬上,飞机就低头;向后推时,升降舵转向上方,机尾被气流推下,飞机就抬头。
驾驶桿向右时,右侧机翼的副翼抬起,右机翼被压向下;左侧机翼的副翼向下转,左机翼抬起,飞机向右侧倾斜;同理,驾驶桿向左时,左侧机翼的副翼抬起,左机翼被压向下;右侧机翼的副翼向下转,右机翼抬起,飞机向左侧倾斜。
方向舵是用脚蹬来控制的,驾驶员踩左脚蹬时,方向舵就向左转,机尾右转,机头左转;踩右脚蹬时,方向舵就向右转,机尾左转,机头右转。
设计及维护
操纵面设计製造和维护时要着重考虑颤振或抖振问题。以操纵面转轴(铰链中心线)为支点的质量力矩不平衡时,由于气流作用,加之当操纵系统的传动机构存在间隙,或操纵面铰链磨损严重时,会导致操纵面偏转振荡。如果此时的飞行速度达到或超过了相应的颤振临界速度,则操纵面的振幅将不断增大,最终导致操纵面甚至翼面结构发生灾难性破坏。避免颤振最重要的途径是使操纵面随时处于质量平衡状态,同时应定期检查操纵系统连线刚度和操纵面铰链磨损情况,及时排除此类故障。