[科普中国]-气动补偿

简介

为了减小操纵面的铰链力矩，使驾驶员操纵飞机时省力，按照空气动力学的原理对操纵面设计所采取的一种措施。有轴式补偿，角式补偿，内封补偿和随动补偿。

由于非定常气动特性是体现在气动数据的一定条件范围内，不能描述完整的飞行器气动函数依赖性。因此非定常气动模型需要依赖于气动数据库的通用气动模型。通过模型补偿的方法修正基于气动数据库的完整模型结构可以很好的结合两者的优势，以此更新原有的气动数据库1。

背景现代飞行器性能的提高突出了基于传统的稳定性和气动力导数的模型在描述运动方程时的缺点。高超声速飞行器大范围剧烈变化的飞行条件使得仅考虑定常气动模型将无法很好的体现高超声速的气动特性。尤其是在大迎角范围时，高超声速飞行器在小振幅震荡测试中体现了明显的运动频率影响，这就使得传统的稳定性导数模型不能符合要求。在大迎角飞行时，飞行器具有高度的非线性气动特性，稳定性导数模型完全不能描述。因此为了实现良好的控制飞行，提升气动建模的非线性和时间依赖性已经得到了广泛的重视。

传统的稳定性导数模型假设气动力和力矩仅与飞行状态的即时值相关，因此模型就无法考虑非定常气动力的影响，不能描述时间变化的气动特性。为此，近些年很多的研究提出了大量的非线性和非定常气动建模方法。但是通常这些研究都是基于理论上的，没有考虑到模型应用的实际问题和模型研究的有效性问题。高超声速飞行器的一体化设计需要变化飞行器的外形参数，其气动模型的生成也需要快速的变化，通常应用简化的假设和计算没有考虑非定常气动力的影响。面向控制的设计理念需要得到明确解析的模型形式，缺少非定常气动力的补偿使得控制器的性能降低。

意义面向控制的一体化设计应用了参数化建模的方法，高超声速飞行器的设计中需要不断地改变外形参数获得综合考虑气动、结构、推进、控制等的最优参数。为了分析其气动特性以及动力学特性需要兼顾模型的保真度与生成效率，通常会简化模型并选择牺牲一定的精度，快速反复地计算气动力。因此在不改变一体化设计效率的前提下，完善的气动建模与补偿修正是非常必要的。

气动补偿空速管气动补偿空速管是为解决静压源误差而提出的。在50年代,国外就有人提出采用空气动力补偿的办法来解决静压测不淮的问题。经过多年研究,于60年代在飞机上得到了使用。安装于飞机不同位置处(如机头、翼尖、或机身两侧)的空速管,在亚、跨声速时,由于机身或机翼压力场的影响,采用普通空速管测得的静压和飞行高度上的自由大气静压不相同,从而导致飞行高度和速度的误差,有些甚至达到不能接受的严重程度(如某种飞机在200米高度飞行,表指高度为负高度)2。

气动补偿空速管是指设计一种合适的空速管气动外形,并在型面上选择合适的静压孔位置,利用在静压孔处产生的负压来补偿机身或机翼正压场在此处的影响。如果设计得当,可基本上补偿掉正压场的影响,达到满意的效果。