飛機(jī)縱向氣動力和力矩(學(xué)時(shí))

1、西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文飛機(jī)的縱向氣動力和力矩飛機(jī)的縱向氣動力和力矩1.飛機(jī)縱向的氣動力2.飛機(jī)的俯仰力矩3.飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文一、作用在飛機(jī)上的力一、作用在飛機(jī)上的力作用在飛機(jī)上的外力作用在飛機(jī)上的外力gmG 重重力力( ,)pP V H發(fā)動機(jī)推力RPGF 合外力合外力外力矩平衡及約束外力矩平衡及約束外力一般不通過質(zhì)心，它將引外力一般不通過質(zhì)心，它將引起繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的力矩起繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的力矩 RLDY空氣動力產(chǎn)生升力的主要部件是：機(jī)翼、機(jī)身產(chǎn)生升力的主要部件是：機(jī)翼、機(jī)身( (主要是機(jī)頭主要是機(jī)頭) )和平尾和平尾LtTLwGLbVD西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文

2、飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生的升力v機(jī)翼升力機(jī)翼升力 滿足滿足v機(jī)翼升力系數(shù)斜率 v升力的兩部分升力的兩部分 v 升力方向：沿垂直于速度方向。WLWLWQSCLW221VQconstCaWLW015)(0WLaCW00WWWLLL0西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文機(jī)身升力 v機(jī)身的升力很小，在大攻角時(shí)，有少許升力，滿足v，這里 機(jī)身的橫截面，且bLbQSCLb221VQbSbbLLCC西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文平尾升力 v平尾與機(jī)翼類似，但是存在氣流下洗和尾渦的影響。v形成原因形成原因：外側(cè)流場壓力大，上部流場壓力小，氣體沿機(jī)翼表面分離 西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文安定面（平尾）升力組成安定面（平尾）升力組成v

3、安定面本身和舵偏角產(chǎn)生的升力eVtW下洗角： VWt1tan近似滿足： /安定面實(shí)際攻角為 )1 (t所以升力為 tLtQSCLttS為安定面面積， tLC為升力系數(shù)。滿足 eeLtLLtttCCC對全動平尾ttLLteCC西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文飛機(jī)的升力（主要組成，常規(guī)布局）v總升力=機(jī)翼升力+機(jī)身升力+平尾升力tbwLLLLwLwQSCLwbLbQSCLbtLtQSCLt0wwLLCCbbLLCCeeLtLLtttCCCttLLteCCwbtLwLbLtLwLQ C SC SCSSC QwtLwbLLLSSCSSCCCtbw/0eLLLLeCCCC00wLLCCwtLwbLLLSSC

4、SSCCCtbw/)1 (/wteLLSSCCte/考慮馬赫數(shù)的影響eLLLeLMCMCMCMCe)()()(),(0迎角等于機(jī)翼零升迎角等于機(jī)翼零升迎角時(shí)的升力迎角時(shí)的升力迎角產(chǎn)生的升力迎角產(chǎn)生的升力升降舵或平尾偏升降舵或平尾偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的升力轉(zhuǎn)產(chǎn)生的升力如果飛機(jī)的舵面較多，則須考慮各種舵面的升力西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2 縱向力矩（俯仰力矩）縱向力矩（俯仰力矩） 主要由垂尾阻力產(chǎn)生迎角產(chǎn)生的力矩升降舵/平尾/鴨翼/升降副翼產(chǎn)生時(shí)差下洗和俯仰角速率和升降舵偏轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)推力力矩發(fā)動機(jī)推力和飛機(jī)干擾零升力矩穩(wěn)定力矩操縱力中心軸線不重合氣動俯仰力矩由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子或螺旋槳產(chǎn)生速率差生力矩阻尼矩力矩俯俯仰

5、仰力力矩矩LtTLwGLbVD西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文發(fā)動機(jī)推力產(chǎn)生的力矩發(fā)動機(jī)推力產(chǎn)生的力矩發(fā)動機(jī)推力產(chǎn)生的力矩發(fā)動機(jī)推力產(chǎn)生的力矩v設(shè)發(fā)動機(jī)推力向量與機(jī)體 軸 的距離為 （發(fā)動機(jī)推力向量處在飛機(jī)質(zhì)心之下），推力為 。由于發(fā)動機(jī)處在飛機(jī)腹部，產(chǎn)生的力矩會使飛機(jī)抬頭，方向沿 軸，因此TzToyTTTzMox西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文推力產(chǎn)生的力矩推力產(chǎn)生的力矩為抬頭力矩為抬頭力矩推力產(chǎn)生的力矩推力產(chǎn)生的力矩為低頭力矩為低頭力矩GLTLt西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文氣動俯仰力矩v空氣動力產(chǎn)生的俯仰力矩與飛機(jī)的速度 、高度 、迎角 、升降舵偏角 有關(guān)。機(jī)體的俯仰角速度運(yùn)動會影響翼面與流場的瞬

6、時(shí)相對速度和角度，從而改變氣動力，進(jìn)而改變作用力矩，因此沿俯仰軸的角速度也會影響作用在飛機(jī)上的力矩，產(chǎn)生動態(tài)附加力矩。動態(tài)附加力矩主要包括由迎角變化率 、俯仰角速度 、升降舵偏轉(zhuǎn)速率 產(chǎn)生的力矩。因此，俯仰氣動力矩可以表示為v用力矩系數(shù)表示v這里： 機(jī)翼面積， 機(jī)翼平均氣動弦長， 。Vheqe),(eeqhVfMAwmcQSCM wSAc221VQ西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1定常直線飛行的俯仰力矩定常直線飛行的俯仰力矩 v飛機(jī)作定常直線飛行時(shí)，速度不變，高度不變，且 因此，俯仰力矩可以表示為v在這種情況下，我們只要研究迎角、升降舵偏角產(chǎn)生的俯仰力矩，按力矩產(chǎn)生的來源，分為機(jī)翼產(chǎn)生的俯仰力

7、矩、機(jī)身產(chǎn)生的俯仰力矩和平尾產(chǎn)生的俯仰力矩。0eq),(efM西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.1機(jī)翼產(chǎn)生的俯仰力矩 v作用于翼型表面的流場壓力在翼面不但會產(chǎn)生升力和阻力，而且也會產(chǎn)生力矩。力矩的大小與取矩點(diǎn)有關(guān)。取矩點(diǎn)不同，力矩大小不同，但翼型的升力不變。v實(shí)驗(yàn)表明，翼型氣動力對前緣取矩時(shí)的力矩是迎角的函數(shù)，在臨界迎角內(nèi)，表現(xiàn)為近似線性關(guān)系，且該力矩使得機(jī)翼低頭。v二維機(jī)翼（寬度有限、展長為無限大的直機(jī)翼）的升力系數(shù)和力矩系數(shù)定義為v這里 為二維機(jī)翼的弦長， 為某段機(jī)翼的面積， 和 分別表示該段翼型的升力和力矩。QSLCL/QScMCm/cSLM西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文v設(shè) （即 ，氣

8、動升力為零）時(shí)，機(jī)翼的力矩系數(shù)為 ，稱為零升力矩系數(shù)對正彎度的機(jī)翼，一般 為負(fù)值。v當(dāng)迎角增加時(shí)，升力增加，對機(jī)翼前緣的力矩更負(fù)，在范圍 內(nèi)，不但 與 成正比， 與 也成正比，可表示 下標(biāo)0表示對機(jī)翼前緣取矩v我們知道，對于二維翼型，升力系數(shù)可表示為v當(dāng)迎角一定時(shí)，升力系數(shù) 和力矩系數(shù) 都是常數(shù)。如果改變?nèi)【攸c(diǎn)，則氣動力矩大小隨取矩點(diǎn)變化。0LC00mC0mCo10LCmC)(000mmmCCC)(0LLCCLCmC西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文v全機(jī)氣動焦點(diǎn)全機(jī)氣動焦點(diǎn)v將取矩點(diǎn)后移到機(jī)翼的中間某處 點(diǎn)，其到前緣的距離為 這時(shí)氣動力矩系數(shù) 滿足 為力矩變化量。v令 ，代入升力系數(shù)和力矩系數(shù)升力

9、系數(shù)和力矩系數(shù)的表達(dá)式后有v顯然，當(dāng)v氣動力對 點(diǎn)的力矩系數(shù)滿足v即 點(diǎn)的力矩系數(shù)為常數(shù)，不隨攻角變化。FFXmFCFFmFLmFLmXXXCQScC QScCCCcc cXCFLcXXFF/0000mmFLmFCCXCC000mLmFFmCCCXC00mFLCXC0mmFCCFFcXCCLmFXMFMQSCLLXcF西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.2焦點(diǎn)特性焦點(diǎn)特性 v力矩系數(shù) 為常數(shù)。攻角增加，機(jī)翼升力必然增加，但由于總空氣動力對焦點(diǎn)的氣動力矩不變，即增加的升力和阻力作用在焦點(diǎn)（升力和阻力增量對該點(diǎn)取矩為零）。v推理1：升力作用在焦點(diǎn)上。v推理2：升致阻力作用在焦點(diǎn)上。v推理3：由于為

10、 常數(shù)，氣動合力對焦點(diǎn)的力矩不隨迎角變化，因此，氣動合力作用點(diǎn)不在焦點(diǎn)（否則總氣動力矩為零）。v焦點(diǎn)的位置：v亞音速臨界馬赫數(shù)內(nèi)， ；v超音速情況， 。v注意，氣動焦點(diǎn)的概念僅適用于線性范疇；在大迎角時(shí)，不適用mFC0mmFCCLmFCCX04/1FX2/1FX西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文三維機(jī)翼情況v對于三維翼型，氣動力矩系數(shù) 中翼型的氣動弦長應(yīng)該取平均氣動弦長 ，平均氣動弦長的計(jì)算公式為mCAc2/02)(2bWAdyycSc西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.3機(jī)翼氣動力對飛機(jī)質(zhì)心的力矩系數(shù)機(jī)翼氣動力對飛機(jī)質(zhì)心的力矩系數(shù)v設(shè)飛機(jī)質(zhì)心（ ）到機(jī)翼前緣的距離為 （從機(jī)翼前緣向后到飛機(jī)質(zhì)心的從

11、機(jī)翼前緣向后到飛機(jī)質(zhì)心的距離距離），機(jī)翼力矩對飛機(jī)質(zhì)心取矩時(shí)，力矩系數(shù) 為v代入 表達(dá)式得到v考慮到焦點(diǎn)滿足 ，即v所以v考慮到升力系數(shù)滿足關(guān)系v代入后得v對三維機(jī)翼， ，令 ，則機(jī)翼對飛機(jī)質(zhì)心的力矩系數(shù)為cg.gcX.gmcCcXCCCgcLmgmc/.mCcXCCCCgcLmmgmc/)(.00.0LmFCCX00mLFCCXcXCXCCCgcLFLmgmc/)(.0.0)(0LLCCcXCXCCCgcLFLmgmc/.0Acc AgcgccXX/.0)(.mFgcLgmcCXXCCw西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.4機(jī)身產(chǎn)生的俯仰力矩機(jī)身產(chǎn)生的俯仰力矩v 飛機(jī)錐形頭部存在升力。該升力

12、在飛機(jī)質(zhì)心之前，也產(chǎn)生不穩(wěn)定力矩，即使飛機(jī)的靜穩(wěn)定性下降；v一般情況下，機(jī)翼在機(jī)身的安裝存在一定的安裝角。機(jī)翼的安裝角使得機(jī)翼弦線與機(jī)身軸線不平行，因此，機(jī)身的力矩應(yīng)與機(jī)翼力矩綜合考慮。v由于機(jī)身氣動力對飛機(jī)產(chǎn)生的力矩存在，而且屬于不穩(wěn)定力矩，其作用相當(dāng)于使得機(jī)翼的焦點(diǎn)前移， 減少。故翼身組合體的氣動力矩系數(shù)可以表示為0FXbwbwmmFFgcwLbmwCCXXXCC00)(.bwbwmFgcwLbmwCXXCC0)(.西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.5水平尾翼產(chǎn)生的俯仰力矩水平尾翼產(chǎn)生的俯仰力矩v水平尾翼在飛機(jī)質(zhì)心之后，其升力對飛機(jī)形成低頭力矩。設(shè)水平尾翼的氣動力焦點(diǎn)距飛機(jī)質(zhì)心距離為 ，

13、則尾翼升力對飛機(jī)質(zhì)心的力矩為v已知平尾的升力滿足v這里 ， 。所以，尾翼對質(zhì)心的力矩系數(shù)為v令 ， ，則v平尾的零升氣動力矩也會對飛機(jī)產(chǎn)生氣動力矩，平尾的升力力矩和操縱力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平尾的零升氣動力矩，平尾的零升氣動力矩系數(shù)可以表示為 。這樣整個(gè)平尾對飛機(jī)質(zhì)心產(chǎn)生的氣動力矩為v在平尾力矩系數(shù)中， 為俯仰操縱力矩系數(shù)，操縱力矩導(dǎo)數(shù)為v平尾的焦點(diǎn)在飛機(jī)質(zhì)心和機(jī)翼焦點(diǎn)之后，平尾力矩屬于穩(wěn)定力矩，提高了飛機(jī)的靜穩(wěn)定性（安定面名稱-stabilizer），使得飛機(jī)總的氣動焦點(diǎn)ac后移。tltttllLMtLtQSCLteeLtLLtttCCC)1 (tAwtlmcQSMCtl/AtwteeLtLmclSS

14、CCCtttlwttSSS/Attcll/tteeLtLmlSCCCtttltmC0ttttmtteeLtLmClSCCC0tteeLlSCttteLemlSCCtt西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.1.6飛機(jī)定常直線飛行時(shí)的俯仰操縱力矩飛機(jī)定常直線飛行時(shí)的俯仰操縱力矩v整個(gè)飛機(jī)的氣動力矩為機(jī)翼機(jī)身和平尾的氣動力矩之和，寫成氣動力矩系數(shù)的形式為v由于迎角產(chǎn)生的機(jī)翼升力是總的迎角升力的一部分，考慮到機(jī)翼升力系數(shù) 和飛機(jī)升力系數(shù) 都是常數(shù)，因此，俯仰力矩系數(shù)也可以寫作tbwmmmCCCbwtttbwwmmtteeLtLFgcLmCClSCCXXCC00)(.bwttbwmmmCCC00tbwttbw

15、wmtteeLtLFgcLmClSCCXXCC0)(.0. .0. .()()wttww bw bw b tLLLLmc gFtet tmc gFeCCCCCXXS lCXX /wLC/LCemmmmeCCCC)(00穩(wěn)定力矩零升力矩操縱力矩西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文飛機(jī)定常直線飛行時(shí)的平衡(縱向配平)v所謂配平，就是尋找一組 ，使得ep0F 0M LtTLwGLbVD西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文v飛機(jī)定常直線飛行時(shí)，必然滿足兩個(gè)條件： 合外力=0，合外力矩=0v對直線等速飛行，必然升力=重力，推力=阻力，這時(shí)對應(yīng)的攻角為。為了滿足合外力矩=0，則v需要的舵偏角滿足0)()()(*0*0em

16、mmMCMCMCe)(/)()(0*0MCMCMCemmme西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文靜穩(wěn)定性靜穩(wěn)定性 假定飛機(jī)初始作定常直線飛行（外力、外力矩平衡），假定飛機(jī)初始作定常直線飛行（外力、外力矩平衡），如果受到某種外界如果受到某種外界瞬時(shí)瞬時(shí)擾動作用后，具有擾動作用后，具有自動恢復(fù)自動恢復(fù)(不需人工不需人工干預(yù)，不動舵面干預(yù)，不動舵面)到原來平衡狀態(tài)的到原來平衡狀態(tài)的初始趨勢初始趨勢，則稱飛機(jī)是，則稱飛機(jī)是靜靜穩(wěn)定穩(wěn)定的；的； 在外界瞬時(shí)擾動作用后，若飛機(jī)存在力圖在外界瞬時(shí)擾動作用后，若飛機(jī)存在力圖擴(kuò)大偏離擴(kuò)大偏離平衡平衡狀態(tài)的狀態(tài)的初始初始趨勢，則稱飛機(jī)是趨勢，則稱飛機(jī)是靜不穩(wěn)定靜不穩(wěn)定的；

17、的； 若外界瞬時(shí)擾動作用后，既若外界瞬時(shí)擾動作用后，既無擴(kuò)大無擴(kuò)大、又、又無恢復(fù)無恢復(fù)原來平衡原來平衡狀態(tài)的初始趨勢，則稱為狀態(tài)的初始趨勢，則稱為中立靜穩(wěn)定中立靜穩(wěn)定。說明說明：具有靜穩(wěn)定性并不能保證飛機(jī)最終恢復(fù)原有的平衡：具有靜穩(wěn)定性并不能保證飛機(jī)最終恢復(fù)原有的平衡（具有動穩(wěn)定性），但靜穩(wěn)定性是動穩(wěn)定的（具有動穩(wěn)定性），但靜穩(wěn)定性是動穩(wěn)定的“必要條件必要條件”。一般靜穩(wěn)定性用某一般靜穩(wěn)定性用某，反映不同的擾動量和約束類型。，反映不同的擾動量和約束類型。2.22.2縱向靜穩(wěn)定性概念縱向靜穩(wěn)定性概念西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文靜穩(wěn)定靜穩(wěn)定,動穩(wěn)定動穩(wěn)定靜穩(wěn)定靜穩(wěn)定,動不穩(wěn)定動不穩(wěn)定靜不穩(wěn)定靜不穩(wěn)

18、定,動不穩(wěn)定動不穩(wěn)定縱向靜穩(wěn)定性概念縱向靜穩(wěn)定性概念 t t t西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.2.1焦點(diǎn)與飛機(jī)的靜穩(wěn)定性藍(lán)色的點(diǎn)就是飛機(jī)的焦點(diǎn)。飛機(jī)在受到一個(gè)使攻角增大的擾動情況下，增加的氣動力就作用在焦點(diǎn)上，如果飛機(jī)的焦點(diǎn)位于重心之后，則氣動力增量將對重心產(chǎn)生一個(gè)低頭力矩，使飛機(jī)攻角減小，飛行員即使不加以控制，飛機(jī)仍然能夠回到原來的平衡位置；如果焦點(diǎn)位于重心之前，氣動力增量對重心產(chǎn)生的將是抬頭力矩，使飛機(jī)繼續(xù)抬頭，偏離繼續(xù)擴(kuò)大，如果飛行員不及時(shí)加以控制，將導(dǎo)致飛行穩(wěn)定性的喪失直至發(fā)生飛行事故。焦點(diǎn)在飛機(jī)的重心后面，飛機(jī)是穩(wěn)定的0. .()wttw bw b tLLLmc gFtet tme

19、CCCCXXS lC 西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.2.2 縱向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)v縱向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)v當(dāng) ，焦點(diǎn)在重心后面，迎角增大時(shí)，附加產(chǎn)生的氣動俯仰力矩會使飛機(jī)低頭，使得迎角減小，從而消除迎角干擾。反之，如果 ，則附加產(chǎn)生的氣動力矩使得飛機(jī)抬頭，也可以消除迎角干擾，使得迎角增大。v當(dāng) 時(shí)，焦點(diǎn)在重心前面，干擾迎角產(chǎn)生的附加俯仰力矩會使得干擾角繼續(xù)增大，飛機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定性無法保持。v當(dāng) 時(shí)，焦點(diǎn)和重心重合，飛機(jī)為中立靜穩(wěn)定的。v縱向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)只與升力隨迎角的變化情況、焦點(diǎn)位置和重心位置相關(guān)，和舵面無關(guān)，和動壓無關(guān)，所以又稱為握桿定速穩(wěn)定性握桿定速穩(wěn)定性v 稱為靜穩(wěn)定裕度或靜穩(wěn)定度稱為靜穩(wěn)定裕度或靜穩(wěn)

20、定度emmmmeCCCC)(00. .Lc gFCXXm mC C0)(MCm00)(MCm()0mCM. .c gFXX西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文zM 0zM 0zM 0速度、舵面不變的速度、舵面不變的靜態(tài)風(fēng)洞結(jié)果靜態(tài)風(fēng)洞結(jié)果定義：俯仰受擾動產(chǎn)生定義：俯仰受擾動產(chǎn)生，能夠產(chǎn)生能夠產(chǎn)生恢復(fù)力矩恢復(fù)力矩，趨于減小，趨于減小 。判據(jù)：判據(jù)：0mmCC0 1 0mC0 2 0mC0 3 0mC縱向靜穩(wěn)定縱向靜穩(wěn)定縱向靜不穩(wěn)定縱向靜不穩(wěn)定縱向中立靜穩(wěn)定縱向中立靜穩(wěn)定0 zM0 zM0 zM俯仰靜穩(wěn)定性（握桿定速縱向靜穩(wěn)定性）俯仰靜穩(wěn)定性（握桿定速縱向靜穩(wěn)定性）西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.2.3

21、放寬靜穩(wěn)定性(RSS-Relaxed Static Stability)v靜穩(wěn)定布局飛機(jī)的缺點(diǎn) 靜穩(wěn)定布局要求飛機(jī)的重心在全機(jī)焦點(diǎn)的前面，中心的后限在距全機(jī)焦點(diǎn)前的某一最小距離處，因此此時(shí)翼身融合體的升力必然產(chǎn)生低頭力矩，為了平衡這一低頭力矩，必須要求平尾或升降舵下偏，產(chǎn)生抬頭力矩，因此這時(shí)平尾上產(chǎn)生負(fù)升力，減小了總升力，增大了配平阻力，增大了發(fā)動機(jī)的耗油量；平尾偏度有限，平尾下偏，減少了爬升時(shí)的平尾偏度，限制了機(jī)動性；升阻比下降， 要提供有用升力，需要更大的機(jī)翼面積，增加了飛機(jī)的空重；當(dāng)飛機(jī)飛行速度提高，焦點(diǎn)后移，需要更大的平尾偏度或平尾面積來平衡升力產(chǎn)生的低頭力矩，可能要延長機(jī)體。LtTL

22、wGTLwGLt西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.3 飛機(jī)曲線飛行時(shí)的縱向力矩v飛機(jī)在曲線飛行時(shí)，除了上述俯仰穩(wěn)定力矩、俯仰操縱力矩和零升力矩外，在飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身和平尾處都會產(chǎn)生俯仰力矩，其中以平尾產(chǎn)生的力矩最為明顯。因此，在分析飛機(jī)曲線飛行力矩時(shí)，要考慮平尾產(chǎn)生的阻尼力矩西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文2.3.1由俯仰角速產(chǎn)生的縱向阻尼力矩由俯仰角速產(chǎn)生的縱向阻尼力矩縱向阻尼導(dǎo)數(shù)縱向阻尼導(dǎo)數(shù) mqC由由 引起的縱向引起的縱向力矩力矩稱為稱為阻尼力矩阻尼力矩，無量綱導(dǎo)數(shù)無量綱導(dǎo)數(shù) 稱縱向稱縱向阻尼導(dǎo)數(shù)阻尼導(dǎo)數(shù)。q2

23、AqcqV其中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動方方向向相相對對氣氣流流平尾附加升力平尾附加升力俯仰阻尼力矩俯仰阻尼力矩飛機(jī)轉(zhuǎn)動方向飛機(jī)轉(zhuǎn)動方向mqC西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文mqC平尾產(chǎn)生的平尾產(chǎn)生的2222122ttLtwtAmtwAAtS lCS cMqcCVV S c LtttttCLQS2Ltttt tttCqlMLlQSV ttqlVmtmqCCq由俯仰角速產(chǎn)生的縱向阻尼力矩由俯仰角速產(chǎn)生的縱向阻尼力矩ttlVzL pwq注意：蘇式坐標(biāo)系和歐美坐標(biāo)系中，歸一化俯仰角速率注意：蘇式坐標(biāo)系和歐美坐標(biāo)系中，歸一化俯仰角速率的計(jì)算公式不同的計(jì)算公式不同2AqcqV其中蘇式坐標(biāo)系蘇式坐標(biāo)系歐美坐標(biāo)系歐美坐標(biāo)系2Aq

24、cqVAqcqVmqC西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文tlV 下洗修正下洗修正已計(jì)入定常氣動力已計(jì)入定常氣動力/tlV0 dtd非定常運(yùn)動非定常運(yùn)動中需考慮中需考慮 時(shí)對時(shí)對平尾下洗平尾下洗影響的影響的遲滯遲滯。，假假定定0: t時(shí)刻平尾下洗角取決于時(shí)刻平尾下洗角取決于(t )時(shí)刻機(jī)翼迎角。時(shí)刻機(jī)翼迎角。相對于按相對于按當(dāng)前迎角當(dāng)前迎角考慮平尾下洗考慮平尾下洗，實(shí)際氣動力增量為，實(shí)際氣動力增量為:212LttttCLV S 2.3.2下洗時(shí)差阻尼力矩下洗時(shí)差阻尼力矩洗流時(shí)差導(dǎo)數(shù)洗流時(shí)差導(dǎo)數(shù) zm000( )() ( ) ()( ) ( ) ()tttttt 則西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文曲線飛行中

25、的縱向力矩曲線飛行中的縱向力矩2222122ttLtwtAmtwAAtS lCS cMcCVV S c 212Lttt ttCMV S l mmtCC2AcV其中注意：蘇式坐標(biāo)系和歐美坐標(biāo)系中，歸一化迎角速率的注意：蘇式坐標(biāo)系和歐美坐標(biāo)系中，歸一化迎角速率的計(jì)算公式不同計(jì)算公式不同蘇式坐標(biāo)系蘇式坐標(biāo)系歐美坐標(biāo)系歐美坐標(biāo)系2AcVAcV西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文縱向氣動力矩縱向氣動力矩000eemmmmemmqmmLmemmqLCCCCCC qCCCCCC qC 氣動俯仰力矩系數(shù)主要由垂尾阻力產(chǎn)生迎角產(chǎn)生的力矩升降舵/平尾/鴨翼/升降副翼產(chǎn)生時(shí)差下洗、俯仰角速率和升降零升力矩穩(wěn)定力矩操縱力矩阻

26、尼舵偏轉(zhuǎn)速率產(chǎn)生力氣矩動俯仰力矩西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的干擾力矩v航空發(fā)動機(jī)上都有高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子或螺旋槳，由于陀螺進(jìn)動效應(yīng)（自轉(zhuǎn)的物體受外力作用導(dǎo)致其自轉(zhuǎn)軸繞某一中心旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為進(jìn)動，如果強(qiáng)迫陀螺作進(jìn)動，則陀螺會產(chǎn)生一個(gè)同外力矩大小相等，方向相反的反作用力矩，這個(gè)力矩就是陀螺力矩），這些轉(zhuǎn)子和螺旋槳在飛機(jī)產(chǎn)生俯仰和偏航時(shí)就會產(chǎn)生明顯的干擾力矩。這個(gè)力矩在噴氣式飛機(jī)上影響不大，但對于螺旋槳飛機(jī)影響很大，不能忽略。dMHH 西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院李廣文 飛行中高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，當(dāng)受到槳軸方向的操縱力矩作用飛行中高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，當(dāng)受到槳軸方向的操縱力矩作用時(shí)，螺旋槳并不完全繞與操縱力矩方向平行的軸轉(zhuǎn)動，還要繞時(shí)，螺旋槳并不完全繞與操縱