先进飞行控制系统》第.ppt
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1、先进飞行控制系统,第四节课(20121026),复习 第二章作用在飞机上的力和力矩,在空气动力学中,常常将总空气动力在气流坐标轴系内分解为升力(L)、阻力(D)、侧力(Y),总空气动力矩在机体坐标系内分解为俯仰力矩(M)、偏航力矩(N)和滚转力矩(L)。由于飞机具有一个几何和质量的对称面,根据各自由度之间的耦合强弱程度,可以将六自由度运动分成对称面内(纵向)和非对称面内(侧向)的运动。,复习 第二章作用在飞机上的力和力矩,纵向力及力矩:,复习 第二章作用在飞机上的力和力矩,纵向力及力矩:,侧向气动力,侧力为飞机总的空气动力 沿气流坐标系 轴的分量向右为正。侧力Y可以表示为:式中:为侧力系数;为
2、机翼参考面积。侧滑角,方向舵偏转,滚转角速度p以及偏航角速度r都会引起侧力。(不对称侧向气流才产生侧力)。,1.2.5 横侧向气动力,(1)侧滑角 引起的侧力对常规飞机,侧力由垂尾和机身(超音速飞机机头)引起 为侧力导数 正侧滑角 产生负侧力其原理如下图所示:,1.2.5 横侧向气动力,侧滑角产生侧力,2.2.6 侧向气动力矩,它们均为、P、r的函数,1.2.6 横侧向气动力矩,它们均为、P、r的函数 绕机体坐标轴系x轴的力矩称为滚转力矩L;绕机体坐标轴系z轴的力矩称为偏航力矩N,两者合称横侧向力矩。,(1)滚转力矩,滚转力矩包括:侧滑角引起的滚转力矩;副翼偏转角引起的滚转力矩;方向舵偏转角r
3、引起的滚转力矩;滚转角速度p引起的滚转力矩 和偏航角速度r引起的滚转力矩。,(1)滚转力矩,侧滑角引起的滚转力矩 为横滚静稳定性导数 时,飞机具有横滚静稳定性;时,飞机为横滚静不稳定的。P36图1-31有详细解释(书上图有问题),(1)滚转力矩,副翼偏转角引起的滚转力矩(滚转操纵(控制)力矩),使操纵飞机产生滚转力矩的主要措施。为滚转操纵导数当副翼正向偏转 时,即“左上右下”偏转,此时相当于右机翼的翼型弯度增大;而左机翼的翼型弯度减小。所以右机翼的升力增大,而左机翼的升力减小,故此将产生负的滚转力矩。,(2)偏航力矩,绕z轴的偏航力矩 包括:侧滑角引起的偏航力矩;副翼偏转角 所引起的偏航力矩;
4、方向舵偏转角 所引起的偏航力矩;滚转角速度p所引起的偏航力矩 和偏航角速度r引起的偏航力矩。,(2)偏航力矩,侧滑角引起的偏航力矩,又称为航向静稳定力矩。此力矩主要由机身和立尾产生。机身产生不稳定的偏航力矩,但数值较小;立尾在重心之后,立尾上侧力对重心的力矩是稳定作用(ox轴转)。为航向静稳定性导数,(2)偏航力矩,飞机右侧滑角,由上面关于侧滑角 引起的侧力分析知道,垂尾将产生一个左侧力。由于垂尾在飞机重心后方,所以产生一个正的偏航力矩,飞机纵轴ox右转,使得侧滑角 减小,因此 是一个稳定的偏航力矩。,(2)偏航力矩,方向舵偏转角引起的偏航力矩(航向操纵力矩)为航向操纵导数,方向舵正向偏转,方
5、向舵后缘向左偏转,垂尾将产生一个正的侧力,由于垂尾在飞机重心之后,所以产生负的偏航力矩,侧向气动力及力矩系数含义,侧力系数;方向舵侧力系数;横滚静稳定性导数;滚转操纵导数;操纵交叉导数;滚转阻尼导数;交叉动导数;航向静稳定性导数;航向操纵导数;副翼操纵交叉导数;交叉动导数;航向阻尼导数。,飞机静稳定性判定,纵向静稳定性导数横滚静稳定性导数航向静稳定性导数,稳定的偏航力矩在使侧滑角减小的同时,却使机头转到新的方向。因此,稳定的偏航力矩只是对速度轴向起稳定作用,因此又称为风标稳定性力矩,2.2.7 作用在飞机上的推力与重力,(1)发动机推力(2)发动机的推力力矩(3)重力G参见书P44(4)不同坐
6、标系下,力、力矩和速度的定义参见书P44-45,本节重点,熟练掌握常用坐标系的定义以及坐标系之间的转换关系。熟悉飞机姿态角,航迹角以及气流角的定义以及方向。熟悉纵向静稳定性导数,航向静稳定性导数以及横滚静稳定性导数对飞机稳定性的影响。,2.3 飞行器运动方程组,2.3.1 建立飞机运动方程的基本假定 2.3.2 六自由度(非线性)飞机运动方程2.3.3 飞机运动方程的分组与线性化,2.3.1 建立飞机运动方程的基本假定,认为飞机不仅是刚体,而且质量不变;假定地球固定于空间,即略去地球自转、公转的影响;假定飞机有一个对称面xoz(机体坐标系),且飞行器不仅几何外形对称,而且内部质量分布亦对称,惯
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