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摘 要：为了改善飞机的飞行性能，通用飞机通常会使用翼尖小翼装置，但往往会忽略它对飞机的飞行品质所产生的影响。通过对翼尖小翼产生的气动力进行计算分析，研究了翼尖小翼对横航向飞行品质的影响。研究结果表明：翼尖小翼会使荷兰滚模态振荡增加，螺旋模态稳定性增加，对飞机横航向稳定性影响较大。翼尖小翼需要针对飞机本身的气动特性进行设计。
关键词：通用飞机 翼尖小翼 飞行品质 横航向稳定性
中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0085-02
目前国内外通用飞机型号日益增多，各飞机制造商都采用机翼设计方法来改善飞机的航程、经济性等性能，来赢得更好的市场。其中融合式的翼尖小翼在通用飞机机翼设计中的应用较为普遍。如P2006T、DA42等飞机，都大大改善了飞机的爬升、巡航性能。但在设计翼尖小翼时，同时要考虑到对飞机整机飞行品质的影响，如果设计不当往往会对飞机横航向稳定性产生影响。本文通过分析某型飞机的风洞试验数据以及飞行试验数据，结合稳定性理论计算以及分析，研究了翼尖小翼对飞机横航向飞行品质的影响，从而为飞机设计改进提供一些帮助。图1所示位某通用飞机的翼尖小翼设计方案。
（2）翼尖小翼增加了机翼的有效上反角，相比无翼尖小翼横向静稳定性导数增加了52.5%。
（3）翼尖小翼对航向静稳定性起一定的负面作用，但影响程度不大，比无翼尖小翼状态降低1.4%。
稳定性分析
由于翼尖小翼对于纵向静稳定性影响不明显，因此该文不再对纵向动稳定性进行分析，着重讨论由于横向静稳定性变化带来的一些横向动稳定性变化问题。
通过求解（2）和（3）两个特征方程，可以得到表1横航向动稳定性计算结果以及图3横向扰动运动侧滑角随扰动量的变化曲线。对比表1中的数据及图3中的曲线可以看出：
（1）有翼尖小翼的荷兰滚模态阻尼比小于无翼尖小翼的荷兰滚模态阻尼比，增加翼尖小翼，飞机的荷兰滚模态变化更为剧烈，飞机遇到扰动，不容易从振荡中恢复到稳定状态。
（2）有无翼尖小翼对滚转模态影响极小。
（3）有翼尖小翼的螺旋模态半衰期小于无翼尖小翼的螺旋模态半衰期，横向静稳定性增加，螺旋模态半衰期相比无翼尖小翼时缩短一半。
虽然荷兰滚振荡是收敛的，但有翼尖小翼增加了荷兰滚的振荡程度，会恶化乘客的乘坐品质，同时不易于飞行员对飞机进行精确的控制。对于气动外形已经很难更改的飞机来说使用偏航阻尼器，是一种有效的抑制飞机荷兰滚运动的装置。但是对于一般新研的通用飞机来说，这种方法最好是作为一种补偿措施，不提倡在设计阶段就引入进来。偏航阻尼器属于一种自动控制增稳装置，不会在飞机的起降阶段接通，而对于一般的通用飞机，起降阶段往往易放生荷兰滚运动。因此，偏航阻尼气的使用对于抑制荷兰滚运动在实际中会有一定的局限性。
翼尖小翼对螺旋模态的影响也很明显。飞机在受到扰动产生10°坡度变化后，即使飞行员不注意也不参与干预操纵，在2min时间内均能回复到初始水平飞行状态，不会影响到飞行安全。
3 横航向静稳定性和动稳定性关系
通过以上分析可以看出，有翼尖小翼对飞机横向静稳定性和横航向动稳定性产生很大影响。翼尖小翼加剧了横航向静稳定性的不匹配程度，从而进一步影响到了荷兰滚模态和螺旋模态特性，对飞机飞行品质产生一定的不良影响。
荷兰滚模态和螺旋模态对横航向静稳定性相对大小具有不同的要求，因而需要进行合理折中。对于具有正横航向静稳定性的飞机，当稳定性相对程度Lβ/Nβ过大时，飞机易产生荷兰滚或飘摆不稳定，反之，当Lβ/Nβ过小时，则飞机易产生螺旋不稳定。
结语
该通用飞机无翼尖小翼时的横向静稳定性本身就处于一种稳定性很强的态势，如果安装翼尖小翼将会增加这种变化趋势，导致横向静稳定性和横向静稳定性失调，从而增大了荷兰滚模态的振荡程度和螺旋模态的稳定程度。
荷兰滚运动在较短的时间内有剧烈的姿态变化，而螺旋模态变化十分缓慢，短时间内姿态变化不明显。两者相比较，荷兰滚更容易对飞行安全产生影响。应该对翼尖小翼进行适当的设计修改，抑制荷兰滚模态的振荡程度，降低螺旋模态的稳定程度。
参考文献
[1] Robert C.Nelson.Flight Stability and Automatic Control[J].
[2] 方振平，陈万春.航空飞行器飞行动力学[M].北京：航空航天大学出版社.
[3] Mark D.“THE DESIGN OF WINGLETS FOR HIGH-PERFORMANCE SAILPLANES[J].Maughmer AIAA，2001-2406.
[4] Bruce J. Holmes， Cornelis P.van Dam，Philip W. Brown， and Perry L. “Flight Evaluation of the Effect of Winglets on Performance and Handling Qualities of a Single-Engine General Aviation Airplane[J].Deal NASA-TM-81892.
[5] L. Pascale，F.Nicolosi.DESIGN AND AERODYNAMIC ANALYSIS OF A LIGHTTWIN-ENGINE PROPELLER AIRCRAFT[J].ICAS，2008.
关键词：通用飞机 翼尖小翼 飞行品质 横航向稳定性
中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0085-02
目前国内外通用飞机型号日益增多，各飞机制造商都采用机翼设计方法来改善飞机的航程、经济性等性能，来赢得更好的市场。其中融合式的翼尖小翼在通用飞机机翼设计中的应用较为普遍。如P2006T、DA42等飞机，都大大改善了飞机的爬升、巡航性能。但在设计翼尖小翼时，同时要考虑到对飞机整机飞行品质的影响，如果设计不当往往会对飞机横航向稳定性产生影响。本文通过分析某型飞机的风洞试验数据以及飞行试验数据，结合稳定性理论计算以及分析，研究了翼尖小翼对飞机横航向飞行品质的影响，从而为飞机设计改进提供一些帮助。图1所示位某通用飞机的翼尖小翼设计方案。
（2）翼尖小翼增加了机翼的有效上反角，相比无翼尖小翼横向静稳定性导数增加了52.5%。
（3）翼尖小翼对航向静稳定性起一定的负面作用，但影响程度不大，比无翼尖小翼状态降低1.4%。
稳定性分析
由于翼尖小翼对于纵向静稳定性影响不明显，因此该文不再对纵向动稳定性进行分析，着重讨论由于横向静稳定性变化带来的一些横向动稳定性变化问题。
通过求解（2）和（3）两个特征方程，可以得到表1横航向动稳定性计算结果以及图3横向扰动运动侧滑角随扰动量的变化曲线。对比表1中的数据及图3中的曲线可以看出：
（1）有翼尖小翼的荷兰滚模态阻尼比小于无翼尖小翼的荷兰滚模态阻尼比，增加翼尖小翼，飞机的荷兰滚模态变化更为剧烈，飞机遇到扰动，不容易从振荡中恢复到稳定状态。
（2）有无翼尖小翼对滚转模态影响极小。
（3）有翼尖小翼的螺旋模态半衰期小于无翼尖小翼的螺旋模态半衰期，横向静稳定性增加，螺旋模态半衰期相比无翼尖小翼时缩短一半。
虽然荷兰滚振荡是收敛的，但有翼尖小翼增加了荷兰滚的振荡程度，会恶化乘客的乘坐品质，同时不易于飞行员对飞机进行精确的控制。对于气动外形已经很难更改的飞机来说使用偏航阻尼器，是一种有效的抑制飞机荷兰滚运动的装置。但是对于一般新研的通用飞机来说，这种方法最好是作为一种补偿措施，不提倡在设计阶段就引入进来。偏航阻尼器属于一种自动控制增稳装置，不会在飞机的起降阶段接通，而对于一般的通用飞机，起降阶段往往易放生荷兰滚运动。因此，偏航阻尼气的使用对于抑制荷兰滚运动在实际中会有一定的局限性。
翼尖小翼对螺旋模态的影响也很明显。飞机在受到扰动产生10°坡度变化后，即使飞行员不注意也不参与干预操纵，在2min时间内均能回复到初始水平飞行状态，不会影响到飞行安全。
3 横航向静稳定性和动稳定性关系
通过以上分析可以看出，有翼尖小翼对飞机横向静稳定性和横航向动稳定性产生很大影响。翼尖小翼加剧了横航向静稳定性的不匹配程度，从而进一步影响到了荷兰滚模态和螺旋模态特性，对飞机飞行品质产生一定的不良影响。
荷兰滚模态和螺旋模态对横航向静稳定性相对大小具有不同的要求，因而需要进行合理折中。对于具有正横航向静稳定性的飞机，当稳定性相对程度Lβ/Nβ过大时，飞机易产生荷兰滚或飘摆不稳定，反之，当Lβ/Nβ过小时，则飞机易产生螺旋不稳定。
结语
该通用飞机无翼尖小翼时的横向静稳定性本身就处于一种稳定性很强的态势，如果安装翼尖小翼将会增加这种变化趋势，导致横向静稳定性和横向静稳定性失调，从而增大了荷兰滚模态的振荡程度和螺旋模态的稳定程度。
荷兰滚运动在较短的时间内有剧烈的姿态变化，而螺旋模态变化十分缓慢，短时间内姿态变化不明显。两者相比较，荷兰滚更容易对飞行安全产生影响。应该对翼尖小翼进行适当的设计修改，抑制荷兰滚模态的振荡程度，降低螺旋模态的稳定程度。
参考文献
[1] Robert C.Nelson.Flight Stability and Automatic Control[J].
[2] 方振平，陈万春.航空飞行器飞行动力学[M].北京：航空航天大学出版社.
[3] Mark D.“THE DESIGN OF WINGLETS FOR HIGH-PERFORMANCE SAILPLANES[J].Maughmer AIAA，2001-2406.
[4] Bruce J. Holmes， Cornelis P.van Dam，Philip W. Brown， and Perry L. “Flight Evaluation of the Effect of Winglets on Performance and Handling Qualities of a Single-Engine General Aviation Airplane[J].Deal NASA-TM-81892.
[5] L. Pascale，F.Nicolosi.DESIGN AND AERODYNAMIC ANALYSIS OF A LIGHTTWIN-ENGINE PROPELLER AIRCRAFT[J].ICAS，2008.