舵面铰链力矩既可以通过理论计算的方法得到，也可以进行风洞试验测得。流体力学中关于铰链力矩的研究主要分为两个方面，实验研究跟数值模拟。在计算流体力学迅速发展以前，流体力学中对于铰链力矩的研究主要为风洞实验，由于风洞实验昂贵的成本，对铰链力矩的研究费时费力。随着计算流体力学的发展，数值模拟逐渐发展起来，对铰链力矩的数值研究不断深入。79512

1 铰链力矩实验研究现状

通常在风洞中进行飞行器模型的铰链力矩试验，直接测量舵面的铰链力矩。实验测定铰链力矩的方法通常有两种，一种是测量舵面压力分布然后积分另一种是采用应变天平直接测量作用在舵面上的气动载荷。第一种方法一般很少使用，首先，根据舵面压力分布积分得到的铰链力矩精度不高，其次实验的工作量会非常大，不利于实验的进行。因此，目前通用的方法是天平测力[11]。

进行风洞实验来测量铰链力矩一直都是个难点。风洞实验很多都是用缩比模型测量，实验流动情况经常与实际不符，造成实验雷诺数与实际雷诺数差别很大。附面层位移厚度引起的缩比模型与真实飞行器的外形差异，一定程度上改变了舵面的弯度及后缘角，导致铰链力矩测量出现误差。同时缝隙模拟的差异，会影响缝隙出口处流速的大小和方向。故在条件允许的情况下，目前的铰链力矩实验通常采用大模型在大尺寸风洞中进行，以实现较大的雷诺数，减小因雷诺数的不同导致的试验情况和实际情况的不同。论文网

舵面铰链力矩影响到飞行器的操纵性，目前对铰链力矩进行研究的文献很多。比如孔德永，吴桂馥等人[13]研究了如何利用常规实验数据以及工程估算的方法来计算舵面铰链力矩的上限。在风洞中进行的飞行器实验多采用缩比模型，此时模型的附面层流动状态与飞行器在大气中的飞行状态不完全相符，这是由于如果风洞试验没有采取固定转捩措施，模型上会存在较长的层流，而实际从飞行器各部件前缘区域开始就为湍流。因而为了能在常规风洞中获得高雷诺数特点的数据，通常采用附面层固定转捩的办法。Redeker等人[14]进行了粘贴粗糙带进行固定转捩的风洞试验，研究了粗糙带的粘贴位置。Braslow等人[15]在风洞试验模型上粘贴粗糙带，研究了确定粗糙带粒子尺寸的方法。陈迎春等人[16]研究了低雷诺数风洞中利用固定转捩技术模拟高雷诺数情况下机翼压力分布问题，得出了转捩带的位置和尺寸对机翼的压力分布有显著影响的结论。

2 铰链力矩数值研究现状

在过去的几年里,计算流体动力学(CFD)在工业产品特别是航空工业的设计过程中起到了非常重要的作用。在航空领域几乎所有的实际流动都是湍流，而湍流的流动特征具有多样性，因此,湍流的模拟仍然是最具挑战性的任务之一。

由于风洞试验是一项耗时和昂贵的工作,而且某些流动条件的相似性参数无法完整模拟,特别是机头和副翼的热力和机械负载，使得CFD广泛用于设计。副翼偏转导致附面层分离和激波/附面层相互作用,类似于发生在压缩型面，再附区具有非常高压力和升温速率峰值。这些流动现象的正确预测取决于湍流模型的精度。

舵面铰链力矩研究是舵面气动特性研究的组成之一，研究铰链力矩通常从研究舵面的气动特性入手。本文前面介绍了通过研究舵面气动特性来得到舵面铰链力矩的方法，一般是通过数值计算获得舵面的压力分布或速度分布，然后积分得到舵面的压心位置以及舵面铰链力矩[17]。国内外在铰链力矩方面的研究如下:谢峰、梁杰、雷宁、任怀宇、邓帆等人[6]基于嵌套网格进行了飞行器的铰链力矩数值模拟研究，认为舵机能提供的铰链力矩是否满足要求是飞行器设计值得关注的部分。中国空气动力研究与发展中心的黄宗波等人[2]研究了舵面铰链力矩的低速特性以及缝隙效应对铰链力矩的影响，认为在一定范围内铰链力矩随着迎角的增大而增大并得出缝隙效应对铰链力矩的影响很复杂且在小迎角或小舵偏的情况下影响较小，但在工程应用中仍需将其考虑在内。段晓亮，吴颂平等[18]进行了全动舵铰链力矩计算的CFD数值仿真，验证了铰链力矩数值计算的可行