《飞行力学复习》PPT课件.ppt

复习提纲,飞机的组成与操纵面,驾驶杆,脚蹬,操纵机构：一般由驾驶杆（盘）、脚蹬和油门组成。,正常操纵,油门纵杆横杆脚蹬,推/收油门推力增加/减小；,俯仰、滚转、偏航是在机体坐标系下定义的。,推/拉杆产生低头/抬头操纵力矩；,左/右压杆产生向左/右滚操纵力矩；,左/右蹬舵产生向左/右偏航操纵力矩。,符合驾驶员生理习惯的操纵。,正常操纵响应（以定直平飞为基准）,油门纵杆横杆脚蹬,推油门加速，收油门减速；,俯仰、滚转、偏航是在机体坐标系下定义的。,推杆低头，拉杆抬头；,左压杆左滚，右压杆右滚；,左蹬舵左偏航，右蹬舵右偏航。,1、坐标变换（1）基元坐标变换,（2）坐标变换矩阵,*特别注意基元变换与变换矩阵之间的关系：按照旋转顺序依次从右到左书写。,重点：机体轴系到地轴系之间的变换矩阵、气流坐标轴系到机体坐标轴系之间的变换矩阵。,绕y轴,体轴系,气流系,绕z轴,2、常用坐标系,地面坐标系、机体坐标系、气流坐标系、航迹坐标系。,比如说航迹坐标系：原点o在飞机质心，oxh轴沿飞行地速方向，oyh轴位于包含oxh轴的铅锤面内，向上为正。ozh按右手定则确定，向右为正。,注意：机体坐标轴系、气流坐标轴系和半机体坐标轴系中的“向上”是指从机腹指向座舱盖的方向。,地面轴系,机体轴系,气流轴系,航迹轴系,，,s,s,(无风时),轴系间的关系,相邻坐标系之间的欧拉角及其定义（物理意义）。,紊流的气动等价作用*,迎角：飞行空速在飞机对称面上的投影与飞机机体xt轴之间的夹角，当空速在飞机对称面上的投影位于机体xt轴的下方时为正。,侧滑角：空速与机体对称面之间的夹角，当空速位于机体右侧时为正。,3、气流角,特定重量、构形，发动机满油门(最大、加力、全加力)时，飞机能够定直平飞的最大高度，此时Vymax=0。,（1）理论静升限,4、主要性能指标及相关概念,飞机获得最大爬升率时的飞行速度。,（2）快升速度,（3）陡升速度,（5）给定高度的最大/最小平飞速度,（4）有利速度,（7）升阻比,（8）焦点,（9）简单推力法,（6）需用推力/可用推力,（10）过载,（11）机动性,（14）过载极曲线,（15）、敏捷性,铅垂平面内机动：水平加减速、跃升、俯冲 水平平面内机动：盘旋、转弯空间机动：斜筋斗,（12）机动动作分类,（13）、过失速机动,机敏性尺度及分类,功率增加参数 功率损失参数 正和负的最大过载速率 最大俯仰速率 加载和卸载时间,T90空战周期时间 指向裕度,T1：飞机在某一速度从拉杆到最大过载的时间；T21：用最大过载作减速盘旋直到达到最大升力系数的时间；T22：继续以最大升力系数盘旋达到攻击时的转弯角为止的时间；T3：在该速度下卸载到1g的时间；T4：从小速度恢复到原来速度的时间。,空战周期时间（CCT）是指，飞机拉过载、转弯进入攻击、卸载并加速至初始速度的整个过程所需的时间。,空战周期时间,T=T1+T21+T22+T3+T4,G 改变,G，平飞范围左、上边界向内缩，上升性能变差，滑翔速度增加。,低速Ppx，高速影响不大,5、各参数对基本性能的影响,（1）构造参数的影响,S 改变,Ppx 曲线左移,S，平飞包线边界向左移动，上升速度减慢，滑翔速度减少。,Pky,对平飞、爬升性能都有利。,Pky 改变,其增幅取决于PV 的形状：PkyV和PpxV越接近，效益越大。,Pky,Gfd。故应综合考虑(Pky/G)才有意义。,Cx0,Ppx随V而增加，主要影响高速端，如Vmax，上升性能亦下降。,为提高飞机高速性能，应着重减小高速Cx0，如采用光滑、小波阻 气动外形等。,Cx0 改变,A 改变,A,低速段Ppx(Qi)，高速端影响不大。如Vmin，上升性能下降。,为提高飞机低速性能，应着重减小诱阻因子A，如采用大展弦比、小后掠角、小梯度比气动外形等。,（2）气动参数的影响,Kmax,Ppx.min(=G/Kmax),同时对基本飞行性能全面有利。,从气动布局来说，力求增升减阻（低速诱阻、高速波阻），但高、低速对气动外形的要求时常矛盾。,Kmax 改变,Cyyx 改变,Cyyx,Vmin.yx,有利于飞机低速极限性能。,折衷设计方法有：,采用变后掠机翼，缺点是结构复杂；,采用先进气动布局技术，如边条翼、近距耦合鸭翼、翼身融合等。精心设计可以全面提高升力特性，使Cyyx,全M数范围Kmax。,基本性能,多高、多快,定常直线飞行,续航性能,多远、多久,准定常直线飞行,6、飞机的续航性能,主要指标,航程L、航时T、活动半径R,给定飞行状态，确定续航性能,按任务的两类续航性能计算问题,选择飞行状态和发动机工作状态，使得续航性能最佳,技术航程/航时，实用航程/航时,总航程、航时中，巡航段约占90。,典型巡航飞行剖面,(1)、纵向过载静稳定性及其判据,7、静稳定性与静操纵性,飞机处于定常直线飞行的平衡状态，受到外界瞬时扰动作用后，不经驾驶员的干预，有自动恢复到原来力矩平衡状态的趋势，则称飞机具有纵向静稳定性。,(2)、纵向静稳定性与飞机重心和焦点之间的关系,(3)静稳定裕度,(4)纵向平衡,平衡舵偏角：保持外力、力矩平衡所需的操纵面偏角。,平衡舵偏为,注意：mz0称为零升力矩系数，即Cy=0时的俯仰力矩系数，主要是由于机翼弯度引起的。,(5)纵向静操纵性,静操纵性：改变平衡状态所需的操纵面偏角或驾驶杆位移。由平衡状态时，操纵面偏角或驾驶杆位移与平衡迎角或速度之间的关系曲线来描述。,平衡曲线,平衡曲线,(6)握杆机动点,Y()和Y(z)的合力作用点。一般位于全机焦点和平尾焦点之间,(7)单位过载舵偏角,相对于定直平飞,拉升运动所需的舵偏增量与获得的过载增量的比。,即重心在机动点前，则,正操纵,(8)单位过载杆力增量,相对于定常直线飞行，定常曲线飞行的杆力增量。,(9)松杆机动点,1.正常松杆阻尼效果小于握杆阻尼。,2.时，松杆机动点在松杆焦点之后。,拉杆正过载，正常操纵。,重心前移时，驾驶员操纵费力。,时的质心位置，当飞机的质心位于该点时，为了,使飞机增加法向过载并不需要额外施加驾驶杆力。,(10)与操纵性、稳定性有关的点,(11)正常操纵要求,跟焦点有关,跟机动点有关,握杆操纵,松杆操纵,(12)质心前后限,从飞机具有合适的稳定性和良好的操纵性(飞行品质)要求出发，允许的最前与最后质心位置。,(13)对质心前后限的限制因素,(14)航向静稳定性,飞机具有自动改变机头指向消除侧滑的趋势,称为航向静稳定性或风标静稳定性。,特别提醒：航行静稳定性并不是指保持航向不变。,(15)横向和航向静稳定性判据,(16)影响横航向静稳定性的主要部件,航向：垂尾、腹鳍、背鳍。,横向：机翼（后掠角和上反角均起横向静稳定作用）、垂尾。,(17)定直侧滑飞行的操纵要求,(18)定常盘旋的操纵过程,1.,2.,3.,（1）小扰动线化的目的,为了便于研究飞行器的稳定性和操纵性，通常耍求在小扰动的前提下，把运动方程化成常系数线性方程组（包括微分方程和代数方程），从而用解析法求解或进行解析研究，并且从中归纳出一些普遍规律，提出一些飞行品质指标，作为飞行器设计的指南。,（2）小扰动线化的一般步骤,1)建立非线性运动方程；2)根据小扰动假设，在平衡点附近泰勒展开；3)忽略高阶小量，保留线性项；4)求得方程的系数。,8、动稳定性与动操纵性,研究飞机受到扰动后，最终能否恢复到原来的飞行状态，及恢复过程的动态特性。,在操纵作用下，研究飞机从一个飞行状态改变到另一个飞行状态的动态特性。,（3）动稳定性,（4）动操纵性,（5）典型模态,典型模态：每个实特征根或每对复特征根代表一种简单运动，称为典型模态。飞机总运动由各典型模态迭加。,模态参数,(a)半衰期或倍幅时,(b)周期T或频率N,T：振动一次所需时间,N：单位时间振动次数,(c)半衰时或倍增时内振荡次数,（6）纵向运动的模态特征及其物理成因,短周期模态 周期短，频率高，阻尼大(衰减快)的振荡运动；V基本不变:该模态幅值小；转动参数、z主要呈现短周期模态特点；,特征,长周期模态 周期长，频率低，衰减慢的振荡运动；、z基本不变:该模态幅值小；质心运动参数 V主要表现出沉浮模态特点；,沉浮模态,转动惯性Iz，恢复力矩 与阻尼,转动运动取决于：,恢复快、阻尼大即衰减快的振荡运动,原因,质量m，恢复力 与阻尼 等,恢复慢，衰减慢（甚至发散）的振荡运动,原因,特征,典型参数,飞行品质要求或规范是确保飞行安全和顺利完成预定任务必须满足的要求，也是各类飞机的设计和使用过程中必须满足的要求。,概述,（7）纵向动态飞行品质要求,长周期模态特性要求,用频率和阻尼比反映飞机特性。,短周期模态特性要求,如阻尼比：0.351.3,CAP太小：飞机俯仰响应迟钝；CAP太大：飞机反应太突然、太灵敏,升降舵阶跃变化时飞机初始俯仰角加速度与稳态法向过载之比。,操纵期望参数,（8）横航向模态特征,模态特性,（9）横向和航向静稳定性的关系,横航向静稳定性需要配合,根据下式 可以做出螺旋模态和荷兰滚模态的边界线,横向静稳定性主要由机翼后掠角和上反角确定，航向静稳定性主要由垂尾确定，必须合理选择构造参数,（10）横航向动态飞行品质要求,对这一模态特性的要求通常以滚转模态时间常数 TR来表示。TR愈小，扰动运动衰减便愈快，飞机对副翼操纵的滚转反应便愈迅速，愈精确，驾驶员的评价也愈高。对于歼击机机动飞行时，要获得较好的飞行品质，要求 TR不大于 1 秒。,滚转模态特性要求,倍幅时间 T220 秒。,螺旋模态特性要求,荷兰滚模态特性主要与飞机的实际阻尼、阻尼比 和无阻尼自然频率有关。一般说来，荷兰滚阻尼愈大，频率愈高，荷兰滚衰减便愈迅速，驾驶员的评价也愈好。,荷兰滚模态特性要求,（11）低阶等效系统,（12）低阶等效的目的及意义,（13）风对航程、航时、起降性能的影响,O,机体轴系,(xw),苏联坐标体系绕机体x轴旋转90度即可得到英美坐标体系,9、英美坐标体系与苏联坐标体系间关系,杆力、杆位移、力矩、角速度、舵偏角之间的关系：,忽略操纵机构死区：正的杆力增量-正的杆位移增量-正的舵偏角增量-负的操纵力矩增量和负的角速度增量。,杆力、杆位移、力矩、角速度、舵偏角之间的关系：,忽略操纵机构死区：正的杆力增量-正的杆位移增量-正的舵偏角增量-负的操纵力矩增量和负的角速度增量。,物理量间关系,力矩,力,速度,角速度,角度,舵偏,导数,系数,无因次角速度,问题,题型,名词解释 6*4是非题 5*2简述题 4*6综合题：分析、推导题、计算,