鸭翼飞机焦点的计算

1、一、鸭式翼飞机的气动平衡原理。鸭式翼飞机和常规布局飞机的气动平衡原理是截然不同。常规布局的飞机是靠尾翼产生的是负升力来配平的，而鸭式翼飞机是靠前鸭翼产生的是正升力来配平的。飞机需要俯仰时，通过调整前鸭翼的升力大小来实现。前者就像一个人挑水，后者就像两个人在抬水。二、鸭式翼飞机的重心的计算。如果前后机翼的布局和安装没问题，飞机的重心就是能否正常飞行的关键了。先复习两个要用的定义：(A)焦点。焦点的含义是，在一定速度范围内，无论是单独机翼还是整架飞机，都存在一个气动力矩不随迎角变化而变化的固定点，这个固定点就叫焦点。(B)静裕度。鸭式翼飞机的重心应该位于飞机总焦点前，距离等于后主机翼平均气动弦长的

2、815，这段距离叫做静裕度。在飞机的重心置于总焦点前的情况下，飞机在纵向姿态发生变化时，前后翼能够产生自动恢复到原来平衡状态的力矩，飞机始终处于静稳定状态。反之，将不能产生自动恢复到原来平衡状态的力矩，飞机始终处于静不稳定状态。同时，重心在静裕度的范围内，如果太靠前，则飞机操纵变得迟钝，甚至出现俯冲。如果太靠后，则飞机过于灵敏，不好操纵。由此可见，鸭式翼飞机的重心要求是非常高的。重心的计算方法是：先算出前鸭翼的焦点，再算出后主翼的焦点，再量出两焦点的距离，再算出飞机的总焦点。最后，将重心置于飞机总焦点的前方。下面咱们就以某架飞机为例，一块算算它的重心位置。第一步，算出前鸭翼的焦点。前鸭翼是矩形

3、翼，其焦点比较好找，在1/4弦长处。量得前鸭翼的弦长为120mm,那么120mm/4=30mm。即，前鸭翼的焦点在距机翼前缘30cmm处。第二步，算出后主机翼的焦点。后主机翼为多梯形翼，梯形翼和多梯形翼就难一些了。其解决的思路是，须先找到其形心，那么通过形心的弦长就是平均气动弦长。平均气动弦长的1/4处，就是该机翼的焦点。具体方法如图：（1）找多梯形翼的形心。我们用比较简单的作图法来求解其形心，如图。先分别找到AB、CD、EF的中点，Q、P、M，然后连接PQ和MP。在AB的延长线上取BB1=CD，在DC的延长线上取CC1=AB，连接B1C1交于S1点，过S1作HG平行与AB。同样的方法，在CD

4、的延长线上取DD1=EF，在FE的延长线上取EE1=CD，连接E1D1交MP于S2点，过S2作JI平行与CD。连接JH、GI和S1S2。在HG的延长线上取GG1=JI，在IJ的延长线上取JJ1=HG，连接J1G1交S1S2于S点。S点即为该单边翼的形心。（2）找平均气动弦长。过S点的弦长即为平均气动弦长。我们量得平均气动弦长为269mm。（3）找该翼形的焦点。该平均气动弦长的1/4弦长处，就是该翼形的焦点。该平均气动弦长为269mm，那么269/467.25mm。最后依据该点在机身上的投影，量出到机翼最前端的距离为300mm。也即该机翼的焦点在从机翼的最前端算起的300mm处。第三步，算出飞机

5、的总焦点。依据鸭式翼飞机的气动平衡原理我们可以看出，在前鸭翼的力矩等于后主翼的力矩，飞机就能保持气动平衡。前翼力臂和后翼力臂的共同起始点，就是飞机总焦点。也就是说，前鸭翼的升力乘以前鸭翼焦点到总焦点的距离得出的力矩，因该等于后主翼的升力乘以后主翼焦点到总焦点的距离得出的力矩。不过按照我们现有的条件，测算出机翼的升力是不可能的。它跟飞行速度、飞行高度、机翼安装角、翼型、空气密度等等都有关系。我们可以简单的把机翼面积看作是升力的办法来解决它。其中，后翼由于受到前翼乱流的干扰，其升力会降低，凭经验按95计算。这样，我们就得出了简单实用的计算飞机总焦点的方法（如图）。我们把有关数据代入公式后，得出飞机

6、的总焦点位于距前鸭翼焦点的434.3mm处。第五步，算出飞机的重心位置。根据静裕度的原理，取后主翼的平均气动弦长的815。我选11，即269mm*1129.59mm，置于飞机总焦点的前方，这就是整架飞机的重心位置。即把重心放在焦点前的29.59mm处。三，对照检查。回过头来再看我的飞机低头俯冲的原因，无怪有以下四个：1，前鸭翼升力不够。2，后主翼升力过大。3，发动机上推角过大。 4，重心严重靠前。那么问题到底出在哪里呢？我先对这架飞机进行了测量，其数据如下：前鸭翼安装角为0度，后主翼安装角为2.5度，发动机上推角为2度，重心位置是距前鸭翼焦点405mm。如图。下面逐一对照检查：1.前鸭翼。一般情况下要求前鸭翼安装角必须大于后主翼的安装角，这样才能具备前鸭翼先失速的特性。现在前鸭翼安装角小于后主翼的安装角，这是不对的。我把前鸭翼的安装角改为3度。2.再看后主翼。原机为了提高低速飞行时的升力，后主翼安装角为2.5度，是可以理解的。但会造成主翼升力过大使飞机低头俯冲，所以改主翼安装角为0度。3.发动机上推角。鸭式翼飞机发动机有一定上推角是对的，一般应在0度和上推5度之间。鸭式翼飞机的特点是机头可以向下，但不能向上。上推角过小或是负数时会造成抬头力矩过大，机头会不断上仰直至倒扣，这是非常