致 谢 22

参考文献 23

1 绪 论

1。1 研究背景

流体力学经历了漫长岁月的发展，人们对流体最初的认识出现于水利灌溉和 航行如最早的水利机械、李冰修建的都江堰、昏君杨广修造的京杭大运河等，那 时候人们对于流体的认识停留于对实践经验的总结。随着亚里士多德《论浮体》 的发表，人类对流体力学的研究进入理论阶段，期间出现了一大批具有代表性的 人物如伽利略、牛顿、伯努利、欧拉和达朗贝尔等，在这些人的推动下流体力学 飞速发展，后来分成了两个流派，流体动力学和水力学，一个注重理论研究，一 个注重实验。在流体力学的发展长河中不得不提的一个人是德国数学家普朗特， 被称为现代流体力学之父，他在 1904 年发表的一篇关于边界层的论文使得流体 动力学与实验水力学的统一变为可能。后来随着设计飞行器的需要，空气动力学 得到了大力发展。 

一直以来流体力学研究流体运动规律的方法主要有两种：实验研究和理论研 究。随着流体力学研究的进展，两种方法的缺点逐渐展现出来比如实验研究通常 花销巨大而且周期很长甚至有些流动条件无法进行有效实验，理论研究一般只能 研究简单流动问题，因为大部分复杂流动都具有很强的非线性，通过简化的理论 模型适用范围极其有限，无法满足工程需要。电子计算机的出现，为研究流体运 动规律提供了第三种方法——计算流体力学（CFD） 论文主网

计算流体力学架起了理论流体力学和实验流体力学之间的桥梁，使得人们对 于流体流动规律的研究更加得心应手。CFD 可以再现试验中发现的某些现象，通 过对 CFD 采用的物体模型进行分析，可以发现各种流动现象产生演化的条件和 方式，加深对流动现象的认识。而且由于 CFD 对流体的流动现象具有预测能力， 使得一些新的流动现象被陆续发现，如 Campbell 和 Mueller 等人在数值试验中发 现了亚声速斜坡绕流中的分离现象;Kim 和 Moin 等人发现了倒马蹄涡。如今数 值模拟成为了研究流体流动规律的一种不可或缺的方法。 

铰链力矩对飞行器的操纵性影响很大，飞行器通过控制各种操纵面来实现在 空中按预想的状态飞行。飞行器上有各种操纵面，如副翼、方向舵、升降舵、前 缘缝翼、襟翼、调整片[1]，水平安定面等。各操纵面要发挥理想的作用，一般都需对铰链力矩进行补偿以克服铰链力矩对飞行器操纵的反作用。舵面必须产生足 够的操纵力矩以保证飞行器能在需要的状态下飞行，此外，舵面偏转到规定的角 度的时间应足够短，从而保证飞行器良好的机动性和跟随性。要满足这两个要求 就必须精确知道舵面铰链力矩的大小，以便设计合适的操纵舵面的助力器。在设 计舵面时，舵面铰链力矩特性是选择舵面形状及转轴位置的依据[2]。 

由于舵面周围的流动比较复杂，应用常规实验数据和工程方法无法对舵面的 铰链力矩准确估算[3]。通常在风洞中进行飞行器模型的铰链力矩试验，利用测力 天平测量舵面的铰链力矩值。舵面铰链力矩受很多因素的影响，如果不对各种影 响进行研究，无法保证实验数据的准确性。如今计算流体力学发展迅速，可以利 用数值模拟的方法计算出舵面铰链力矩的范围，有利于实验中天平量程的选择以 及调节天平的灵敏度到合适的程度。 

1。2    铰链力矩定义