趙尚武 張紅 成宋桀

摘 要：文章介紹了側滑儀的結構，快速性測試原理及方法，并對側滑儀在擺動過程中的受力和運動狀態(tài)進行了分析。通過側滑儀在圓周平面內的擺動，模擬側滑儀在工作過程中的側滑。通過專用試驗器測試了在側滑儀不同的擺動速度情況下，小球的最大擺角，進而用阻尼液體的粘性摩擦系數(shù)定量表征側滑儀的快速性。

關鍵詞：側滑儀；快速性；粘性摩擦系數(shù)

1 結構及原理簡介

玻璃側滑儀主要由玻璃管、阻尼液體和小球組成，利用小球敏感并指示側滑，當飛行器產生側滑時小球滑動的速度和量值及時反映出側滑的程度[1]。模擬側滑儀工作狀態(tài)的加載設備大體分為兩大類。第一類是與側滑儀保持方向不變的直線運動設備，這種設備占用空間較大，不易實現(xiàn)；另一類是提供圓周運動的設備，其運動角速度可以設定。文章采取第二種方法，試驗器采用電機驅動，可使得側滑儀在豎直平面內進行勻速擺動，小球的運動可采用單擺的原理分析。通過分析小球的運動狀態(tài)來確定側滑儀快速性，并用玻璃管內的阻尼液體的粘性摩擦系數(shù)表征快速性。側滑儀在試驗器上的安裝方式如圖1所示。

圖1 側滑儀在試驗器上的安裝示意圖

2 側滑儀擺動時小球的受力及運動過程分析

啟動試驗器的驅動電機，試驗器的運動擺將帶動側滑同時在豎直平面內以設定的角速度ω和幅值Φ擺動。根據流體力學理論，當黏性流體繞小球流動時，小球受到流體的壓強和切向應力的作用，合力分解為與小球運動方向一致的作用力Fd和垂直于小球運動方向的升力FL。當側滑儀在豎直平面內做勻角速運動時，小球的受力分析如圖2所示，其中VQ為小球的速度，VK為玻璃管的速度，β為小球相對于地垂線的夾角，R為玻璃管和小球擺動軌跡的半徑。側滑儀的快速性是由在側滑儀擺動時小球運動的最大角度βmax表示。

圖2 試驗器逆時針擺動時小球受力分析示意圖

在側滑儀從中心平衡位置開始旋轉時，VQ

（1）

通過分析F合的變化，可將小球從中心平衡位置開始運動到最大擺動角度的過程分為三個階段：

（1）當β=0°時，VQ=0，則Fd=-k（VQ-VK）=kVK，F(xiàn)合=Fd，此時小球所受加速度最大；隨著β逐漸增大，VQ也逐漸增大，則F合不斷減小。

（2）當F合減小到0時，小球速度達到最大值。而后玻璃管和小球繼續(xù)向右運動，其所受合力為F合=mgsinβ-k（VK-VQ），小球開始做減速運動。

（3）當小球運動到最大角度位置βmax時，VQ=0，則由公式（1）得F合=mgsinβmax-kVK。由于此時側滑儀仍沿逆時針擺動，所以可得F合=0，且小球一直保持VQ=0的狀態(tài)直至側滑儀擺動到最大角度?？傻?/p>

（2）

由公式（2）知，小球隨玻璃管擺動的最大角度βmax越大，則粘性摩擦系數(shù)k越大，即小球跟隨側滑儀玻璃管運動的速度越快。其中VK可通過電機的控制電路自由設定。

小球的最大運動角度βmax用試驗器運動擺的指針格數(shù)n表征。

3 快速性測試結果

設定玻璃管擺動的角速度分別為5°/s、6°/s、7°/s時，分別測試了小球的最大擺角βmax，根據公式（2）可計算出在該三種側滑速度情況下所反映出粘性摩擦系數(shù)結果，測試結果如圖3所示。

圖3 三次測試中粘性摩擦系數(shù)分布情況圖

通過對比三次試驗測出的粘性摩擦系數(shù)可知：

（1）11只被測樣品的粘性摩擦系數(shù)略有不同：序號1～序號9樣品的粘性摩擦系數(shù)較接近，序號10樣品的粘性摩擦系數(shù)較小，序號11樣品的粘性摩擦系數(shù)較大。

（2）從差異情況中可以看出，每只樣品的粘性摩擦系數(shù)并非在三次測試中完全不一樣。由于實際測試中記錄小球最大擺動角度的誤差，因此測試出的粘性摩擦系數(shù)的誤差小于20%是允許的。

4 結束語

綜合上述的測試及分析結果，可知被測樣品的粘性摩擦系數(shù)的范圍是（0.11～0.21）g/s。以此為依據，后續(xù)生產的該型號側滑儀的粘性摩擦系數(shù)在此范圍內都可判定為合格。

參考文獻

[1]余思堯.飛行模擬器側滑儀的數(shù)學模型[J].北京航空學院學報，1986（3）：55-69.