一种垂直或短距起降飞机地面效应试验系统

摘要

一种垂直或短距起降飞机地面效应试验系统，属于空气动力学试验及其它测力实验领域，其特征在于含有：实验系统支架、测力天平、模拟机身、升力风扇模拟装置，推进/升力动力模拟装置、被测飞机模型和地板，其中所述测力天平安装在实验系统支架的顶部，所述模拟机身安装在测力天平的底部，所述升力风扇模拟装置安装在模拟机身的前部，所述推进/升力动力模拟装置安装在模拟机身的后部，所述被测飞机模型安装在模拟机身的下部，所述地板安装在实验系统支架的下部；系统可以对垂直/短距起降飞机在起飞着陆过程进行模拟，测量垂直/短距起降飞机的受力情况，研究垂直/短距起降飞机喷射气流地面效应，具有结构简单、成本低、操作简便等优点。

说明书

技术领域

本发明的一种垂直或短距起降飞机地面效应试验系统，属于空气动力学试验技 术领域。

背景技术

垂直/短距起降飞机在垂直起降和悬停阶段重力主要依靠升力风扇和推力矢量 喷管平衡。升力风扇和推力矢量喷管产生的喷射气流受地面干扰后形成复杂的流场， 会对飞机的受力产生很大影响。地面对喷射气流的干扰作用受飞机离地高度、飞机 外形、喷口之间相对位置等多种因素的影响，会使得升力发生明显下降，影响飞机 的稳定性。

设计既符合垂直/短距起降动力系统配置，又满足超音速飞行要求的气动布局是 垂直/短距起降飞机设计的关键。由于悬停和过渡过程阶段喷射气流和地面、飞机之 间的相互作用关系复杂，通过理论计算难以得到准确的模型，必须通过试验方法对 地面效应现象进行研究，前苏联的雅克-141就因为地面试验不充分，没有对地面效 应的现象和原理进行深入研究而坠毁。因而通过试验方法对垂直/短距起降飞机的地 面效应进行研究对垂直/短距起降飞机的动力布局、气动布局设计等方面的工作都有 重要意义。为此提出了一种垂直/短距起降飞机用地面效应试验系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对垂直/短距起降飞机地面效应进行研究的试验系 统。

本发明的特征在于，含有：实验系统支架10、测力天平20、模拟机身30、升 力风扇模拟装置40，推进/升力动力模拟装置50、被测飞机模型60和地板70，其 中：

所述升力风扇模拟装置40用于模拟垂直/短距起降飞机的升力风扇，其推力方 向在纵向的转动范围为-10～10°；

所述推进/升力动力模拟装置50用于模拟垂直/短距起降飞机推进/升力发动 机，其推力纵向转动范围为0～95°、横向转动范围为-20～20°；

所述被测飞机模型60为平板结构，形状和被模拟飞机平面布局一致，根据被测 飞机的布局确定；

所述地板70可以沿试验系统支架10升降，用于模拟飞机起飞和着陆过程中的 地面；

所述测力天平20安装在实验系统支架10的顶部，所述模拟机身30安装在测力 天平20的底部，所述升力风扇模拟装置40安装在模拟机身30的前部，所述推进/ 升力动力模拟装置50安装在模拟机身30的后部，所述被测飞机模型60安装在模拟 机身30的下部，所述地板70安装在实验系统支架10的下部；

所述试验系统通过使用升力风扇模拟装置40和推进/升力动力模拟装置50模拟 垂直/短距起降飞机动力系统，实现垂直/短距起降飞机在起飞着陆过程中地面效应 的模拟，通过测量模拟机身30的受力，对垂直/短距起降飞机在起飞着陆过程中的 喷射气流地面效应进行研究。进行试验时，升力风扇模拟装置30和推进/升力动力 模拟装置50可实现推力的矢量转动，改变被测飞机模型60形状可以模拟不同型号 飞机机身布局，调节地板70的高度可以模拟飞机离地高度变化，使用天平20记录 模拟机身30所受的力和力矩，对数据进行处理和分析即可得到喷射气流地面效应对 垂直/短距起降飞机受力的影响。

本发明具有结构简单、成本低、操作简便等优点，可对垂直/短距起降飞机起降 过程中的地面效应进行研究，对未来垂直/短距起降飞机的动力布局和气动布局的设 计具有重要意义。

附图说明

图1：系统简图

10、实验系统支架，20、测力天平，30、模拟机身，40、升力风扇模拟装置， 50、推进/升力动力模拟装置，60、被测飞机模型，70、地板

图2：升力风扇装置简图

41、涵道风扇，42、舵机，43、连杆，44、旋转电位器

具体实施方式

实验系统支架10由铝型材搭建成框架结构，测力天平20安装在实验系统支架 10的顶部。模拟机身30由铝合金型材搭建框架，安装在测力天平20底部。升力风 扇模拟装置40使用涵道风扇41提供动力，使用舵机42通过连杆驱动涵道风扇41 转动，实现推力的矢量旋转，安装在模拟机身30的前部，其中涵道风扇41选用 Turbo-Fan8000，舵机42选用Futaba S3010。推力/升力动力装置50使用涵道风扇 41提供动力，三段式矢量喷管实现推力的矢量转动，安装在模拟机身30的后部。 被测飞机模型60使用木板切割成飞机形状模拟飞机平面布局，安装在模拟机身30 的下部。地板70安装在试验系统支架10上，可以进行上下调整。

进行试验时，使用升力风扇模拟装置40和推进/升力动力模拟装置50提供推力， 测力天平20测量模拟机身30的受力。

为研究飞机离地高度、飞机外形、喷口之间相对位置等因素对喷射气流地面效 应的影响，可以改变地板70和模拟机身30之间的距离，模拟飞机离地高度变化对 飞机受力的影响；改变被测飞机模型60的形状，模拟不同飞机外形对飞机受力的影 响；改变升力风扇模拟装置40和推进/升力动力模拟装置50之间的距离，模拟飞机 喷口之间相对位置对飞机受力的影响；舵机42通过连杆43驱动涵道风扇41转动， 可实现升力风扇装置40的推力-10°～10°矢量转动，旋转电位器44记录涵道风扇 旋转角度，模拟飞机升力风扇推力角度变化对飞机受力的影响；改变推进/升力动力 模拟装置50的推力方向，模拟飞机矢量喷管对飞机受力的影响。

对试验数据进行处理分析，即可对喷射气流地面效应进行研究，分析离地高度、 飞机形状、推力矢量等对垂直/短距飞机起降过程中的受力影响。