飛行動力學(xué)習(xí)題課(二)2014分解講課稿

1、Flight Dynamics飛行動力學(xué)習(xí)題課(二)2014分解Flight Dynamics7.1 7.1 何謂飛行器全機焦點？分析影響焦何謂飛行器全機焦點？分析影響焦 點位置的主要因素。點位置的主要因素。全機焦點取決于翼身組合體的焦點位置和平尾所引起的焦點后移量，因此影響焦點位置的因素有飛機的氣動布局。另外 影響焦點的位置，亞音速時 增大，全機焦點變化不大；跨音速全機焦點迅速后移；超音速機翼焦點變化不大，但是機翼引起的下洗減小，使平尾引起的焦點后移顯著增加。MaMa全機焦點為迎角變化時全機升力增量的作用點，在焦點處當(dāng)迎角變化時，氣動力對該點的力矩不變。Flight Dynamics7.2

2、7.2 縱向定速靜穩(wěn)定性和定載靜穩(wěn)定性縱向定速靜穩(wěn)定性和定載靜穩(wěn)定性定載靜穩(wěn)定性定載靜穩(wěn)定性：飛機受擾動后，會引起迎角和飛行速度均發(fā)生變化，但二者的變化滿足 的約束。即研究飛機作定直水平飛行時，受到瞬態(tài)擾動，飛機有無恢復(fù)原平衡狀態(tài)的趨勢，稱之為定載靜穩(wěn)定性。1nn 定速靜穩(wěn)定性定速靜穩(wěn)定性（迎角靜穩(wěn)定性）：給定速度和升降舵偏角，飛機在某一平衡狀態(tài)，受瞬時擾動，增加，能夠產(chǎn)生小于0的恢復(fù)力矩M，趨于減小 。具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的趨勢。稱飛機在原平衡狀態(tài)是定速靜穩(wěn)定的。Flight Dynamics7.3 7.3 說明飛行器在跨聲速區(qū)飛行時出現(xiàn)說明飛行器在跨聲速區(qū)飛行時出現(xiàn)“自動俯沖自動俯沖”現(xiàn)象

3、的物理原因?，F(xiàn)象的物理原因。1()2nmmamnLLLadCCMCdCCCMmaCM1()0nmnLdCdC在跨音速區(qū)，出現(xiàn)自動俯沖現(xiàn)象主要原因是由于空氣壓縮性使全機焦點迅速后移，產(chǎn)生低頭力矩，使得飛機失去了定載靜穩(wěn)定性。 跨音速區(qū)全機焦點迅速后移為大的負(fù)值，使Flight Dynamics12120.0050.0250.573(1/)(46)/57.3mmmCCCrad0.5730.163253.51mmLLCCCCmCmLCC靜不穩(wěn)定！ 變化的量： 不變的量：焦點位置、升力曲線重心移動后重心移動后（1）（2）7.4 在風(fēng)洞中測得某機縱向力矩參數(shù)與迎角成線性關(guān)系，在風(fēng)洞中測得某機縱向力矩參數(shù)

4、與迎角成線性關(guān)系，且測得且測得1=4時，時，Cm1=0.005; 2=6時，時，Cm2=0.025。已知。已知CL=3.5 1/rad，試確定該機的靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)試確定該機的靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù) 。又如只。又如只改變飛機的質(zhì)心位置，測得改變飛機的質(zhì)心位置，測得3=4時，時，Cm3=0.025。試求質(zhì)。試求質(zhì)心的相對移動量。心的相對移動量。mLCCFlight Dynamics00()mmmLmLcgacLCCCCCCxxCmLcgCCx0LLLCCCLLCC 來流與機體X軸的夾角來流與零升力線的夾角 定義：cgxLC0mCacxcgxcgxFlight Dynamics第八章知識要點u 橫航向靜穩(wěn)定性定義u

5、 飛機構(gòu)形和飛行狀態(tài)對飛機橫航向靜穩(wěn)定性的影響規(guī)律u 方向舵和副翼的操縱定義u 定直側(cè)滑飛行的平衡u 側(cè)風(fēng)著陸的平衡u 不對稱推力的平衡Flight Dynamics8.18.1方向舵固定在中立位置時，方向舵固定在中立位置時， 曲線為曲線為什么常通過原點，呈反對稱變化？偏轉(zhuǎn)方向什么常通過原點，呈反對稱變化？偏轉(zhuǎn)方向舵時，如在氣動力線形變化范圍，則曲線如舵時，如在氣動力線形變化范圍，則曲線如何變化？何變化？nC方向舵固定在中立位置時，通常情況飛機左右完全對稱， 時不產(chǎn)生偏航力矩，因此 曲線常通過原點。飛機航向靜穩(wěn)定時， 時產(chǎn)生正的偏航力矩； 時產(chǎn)生負(fù)的偏航力矩，因飛機左右完全對稱，因此有 ，即呈

6、反對稱變化。0nC00( )()nnCC Flight Dynamics0r偏轉(zhuǎn)方向舵時，若nC0rFlight Dynamics8.28.2何謂飛行器的航向靜穩(wěn)定性和橫向靜穩(wěn)何謂飛行器的航向靜穩(wěn)定性和橫向靜穩(wěn)定性？影響橫航向靜穩(wěn)定性的主要因素是什定性？影響橫航向靜穩(wěn)定性的主要因素是什么？么？航向靜穩(wěn)定性：航向靜穩(wěn)定性：飛機在平衡狀態(tài)下受到外界非對稱瞬時擾動，產(chǎn)生小的側(cè)滑0，則飛機產(chǎn)生右偏航力矩，使飛機機頭向右偏，以減小的趨勢，稱飛機在原平衡狀態(tài)具有航向靜穩(wěn)定性。否則，則為航向靜不穩(wěn)定。主要影響因素 機身作用：航向靜不穩(wěn)定部件 Flight Dynamics橫向靜穩(wěn)定性：飛機在平衡狀態(tài)下受到外

7、界非對稱瞬時擾動，產(chǎn)生小的左傾斜?0，升力和重力的合力作用使飛機向左側(cè)滑，0，飛機產(chǎn)生右滾力矩，具有減小?，使飛機保持機翼水平的趨勢，稱飛機在原平衡狀態(tài)具有橫向靜穩(wěn)定性。否則，為橫向靜不穩(wěn)定。主要影響因素 機翼后掠作用:產(chǎn)生橫向和航向靜穩(wěn)定作用 機翼上反作用:機翼上反產(chǎn)生橫向和航向靜穩(wěn)定作用 翼身干擾:翼身干擾對橫航向靜穩(wěn)定性有影響；上單翼飛機一般不采用上反角。Flight Dynamics8.48.4試推導(dǎo)因非對稱裝載在飛行器上作用有不試推導(dǎo)因非對稱裝載在飛行器上作用有不對稱滾轉(zhuǎn)力矩對稱滾轉(zhuǎn)力矩 時，為保持定直飛行所需要時，為保持定直飛行所需要的副翼、方向舵偏角的表達式的副翼、方向舵偏角的表

8、達式( (設(shè)設(shè) 可忽略可忽略) )。LanCsin000rarrrarrCCLLLLLNN sin000rarrccrLllalrl LnnrCCCCCCCCCrnrnCC rraarlnlnl LallnC CC CCCC C 寫成無因次形式：得：Flight Dynamics第九章知識要點1、縱向動穩(wěn)定性和靜穩(wěn)定性的區(qū)別與聯(lián)系2、飛機擾動運動模態(tài)的概念和主要特征參數(shù)3、縱向兩種典型模態(tài)及其物理成因4、短、長周期模態(tài)簡化分析的依據(jù)及方法5、縱向動操縱性和靜操縱性的概念6、飛機對升降舵和油門操縱的響應(yīng)特性Flight Dynamics9.19.1試說明試說明縱向動穩(wěn)定性和靜穩(wěn)定性縱向動穩(wěn)定性和

9、靜穩(wěn)定性的區(qū)別的區(qū)別與聯(lián)系與聯(lián)系動穩(wěn)定性：飛機在受擾作用后，會偏離其平衡狀態(tài)的基準(zhǔn)狀態(tài)，擾動作用停止后，飛機能否恢復(fù)到它基準(zhǔn)狀態(tài)的一種全過程特性。靜穩(wěn)定性：飛機在受瞬時干擾后是否具有恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的趨勢。靜穩(wěn)定性關(guān)注的是飛機是否具有具有恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的趨勢；動穩(wěn)定性關(guān)注的是飛機響應(yīng)的整個過程的特性，如超調(diào)等。具有動穩(wěn)定性的飛機一定是靜穩(wěn)定的；靜穩(wěn)定的飛機不一定是動穩(wěn)定的。Flight Dynamics9.2 9.2 試說明縱向擾動兩種典型模態(tài)的特點、試說明縱向擾動兩種典型模態(tài)的特點、物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。mCmqCmC影響短周期

10、模態(tài)特性的主要導(dǎo)數(shù)：短周期：主要表現(xiàn)為迎角和俯仰角速度的變化，衰減很快，而速度基本不變。其主要原因是：一般正常式飛機來說，通常具有較大的縱向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù) 。因此飛機受到擾動后，產(chǎn)生的靜穩(wěn)定力矩必然引起較大的俯仰角加速度，從而使迎角和俯仰角的迅速變化；另一方面，阻尼力矩 和 都比較大，使旋轉(zhuǎn)運動很快衰減。 MMqM qFlight Dynamics長周期：主要表現(xiàn)為飛行速度和俯仰角的緩慢變化。主要原因：由于飛機的質(zhì)量較大，而起恢復(fù)和阻尼作用的氣動力 和 相對比較小，所以作用在飛機上的外力處于不平衡狀態(tài)持續(xù)較長時間，重力和升力的作用使飛機航跡和速度變化。 VZVVXV LVCDVC影響模態(tài)特性的主要

11、導(dǎo)數(shù)：TVC9.2 9.2 試說明縱向擾動兩種典型模態(tài)的特點、試說明縱向擾動兩種典型模態(tài)的特點、物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。Flight Dynamicsq 255eqq 010525eqq 11 2i 10.1826 0.36510.9129iv21 2i 20.1826 0.36510.9129iv微分方程變?yōu)椋簩懗蔂顟B(tài)空間表達形式： (1)(2)9.39.3對一架在重心處固定的飛機模型進行風(fēng)洞試驗。若其俯對一架在重心處固定的飛機模型進行風(fēng)洞試驗。若其俯仰軸運動滿足仰軸運動滿足 其中角度單位為弧度。其中角度單位為弧度。將該方程重寫為標(biāo)準(zhǔn)的

12、狀態(tài)空間表達式，即如將該方程重寫為標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)空間表達式，即如 確定矩陣確定矩陣A A的特征值換個特征矢量；的特征值換個特征矢量；確定無阻尼自由振蕩頻率確定無阻尼自由振蕩頻率n和阻尼比和阻尼比；確定對單位階躍的響應(yīng)，并做出時間歷程曲線，假定初確定對單位階躍的響應(yīng)，并做出時間歷程曲線，假定初值為零。值為零。255e xAxBuFlight Dynamics(4)0246810-1.5-1-0.50t(s)0246810-1.5-1-0.500.5t(s)( / )qs( )21,21nni 2.2418n0.4461由得：(3)Flight Dynamics9.5 9.5 如果飛機外型布局中焦點位

13、于質(zhì)心之前如果飛機外型布局中焦點位于質(zhì)心之前( (縱向放寬靜穩(wěn)定性縱向放寬靜穩(wěn)定性) )，試考慮，試考慮: :(1)(1)它對飛機它對飛機的縱向平衡、穩(wěn)定性和操縱性有何影響？的縱向平衡、穩(wěn)定性和操縱性有何影響？ (2)(2)應(yīng)選擇哪些反饋參數(shù)來保證飛機具有良應(yīng)選擇哪些反饋參數(shù)來保證飛機具有良好的飛行品質(zhì)？為什么？好的飛行品質(zhì)？為什么？LGeLeLGL焦點在重心之后焦點在重心之前(1)縱向平衡：Flight Dynamics焦點在重心之前，變成不穩(wěn)定，并難以操縱，必須通過增穩(wěn)系統(tǒng)進行控制，以保證飛機的穩(wěn)定性。(2)放寬靜穩(wěn)定性后， ，縱向靜不穩(wěn)定，必須借助縱向增穩(wěn)系統(tǒng)：選擇迎角或法向過載反饋來增

14、加飛機的縱向穩(wěn)定性；為改善短周期反應(yīng)特性，用俯仰角速度反饋來增加飛機的阻尼。0mCFlight Dynamics補充：根據(jù)油門的作用原理，試畫出當(dāng)推力線在飛補充：根據(jù)油門的作用原理，試畫出當(dāng)推力線在飛機機重心上方重心上方時，時，減小油門減小油門時飛機四個狀態(tài)變量的反時飛機四個狀態(tài)變量的反應(yīng)曲線。（注意起始和最終反應(yīng)）。應(yīng)曲線。（注意起始和最終反應(yīng)）。Flight Dynamics1、橫航向動穩(wěn)定性和靜穩(wěn)定性的區(qū)別與聯(lián)系2、橫航向三種典型模態(tài)及其物理成因3、模態(tài)簡化分析的依據(jù)及方法4、橫航向動操縱性和靜操縱性的概念5、飛機對方向舵和副翼操縱的響應(yīng)特性第十章知識要點Flight Dynamics1

15、0.110.1試說明橫航向動穩(wěn)定性和靜穩(wěn)定性的試說明橫航向動穩(wěn)定性和靜穩(wěn)定性的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系動穩(wěn)定性：飛機在受擾作用后，會偏離其平衡狀態(tài)的基準(zhǔn)狀態(tài)，擾動作用停止后，飛機能否恢復(fù)到它基準(zhǔn)狀態(tài)的一種全過程特性。靜穩(wěn)定性：飛機在受瞬時干擾后是否具有恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的趨勢。靜穩(wěn)定性關(guān)注的是飛機是否具有具有恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的趨勢；動穩(wěn)定性關(guān)注的是飛機響應(yīng)的整個過程的特性，如超調(diào)等。具有動穩(wěn)定性的飛機一定是靜穩(wěn)定的；靜穩(wěn)定的飛機不一定是動穩(wěn)定的。Flight Dynamics10.210.2試說明橫航向擾動典型模態(tài)的特點、物試說明橫航向擾動典型模態(tài)的特點、物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。

16、理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導(dǎo)數(shù)。滾轉(zhuǎn)：主要表現(xiàn)為飛機滾轉(zhuǎn)角速度 和滾轉(zhuǎn)角 的迅速變化，而其他參數(shù)變化很小。一般來說，飛機的滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量 通常比偏航轉(zhuǎn)動慣量 小得多，在外界的擾動下，飛機很容易產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)，而不太容易產(chǎn)生偏航。并且滾轉(zhuǎn)阻尼導(dǎo)數(shù) 較大，使運動很快衰減。主要氣動導(dǎo)數(shù)主要氣動導(dǎo)數(shù):ClppxIzIpL荷蘭滾：飛機一面來回滾轉(zhuǎn)，一面左右偏航，同時帶有側(cè)滑。主要原因：假定飛機受到一個向右滾轉(zhuǎn)的擾動，因而出現(xiàn)正的側(cè)滑角 ，同時產(chǎn)生兩個靜穩(wěn)定力矩 和 ， 使飛機左滾，滾轉(zhuǎn)角減小， 使飛機右偏航， 逐漸減小。飛機在滾轉(zhuǎn)和偏航的過LNLNFlight Dynamics螺旋：主要表現(xiàn)為擾動運動后期

17、偏航角和滾轉(zhuǎn)角單調(diào)而緩慢的變化。原因：擾動后期參數(shù) 、 、 的變化均很小，因而作用在飛機上的側(cè)力和橫航向力矩也很小，加上飛機的偏航轉(zhuǎn)動慣量 較大，而偏航阻尼力矩又較小。 przIlCnClrCnrC程中，由于阻尼力矩 和 的作用，使 和 不斷降低。另外，產(chǎn)生的交叉力矩 和 可能對運動起促進作用，也可能起阻尼作用，視交叉導(dǎo)數(shù)的符號而定。當(dāng)飛機恢復(fù)到 時，但一般 不為零，因此飛機又左滾轉(zhuǎn)，繼而左側(cè)滑 。nCnrCpL prN rprrL rpN p0p主要氣動導(dǎo)數(shù)主要氣動導(dǎo)數(shù): :主要氣動導(dǎo)數(shù)主要氣動導(dǎo)數(shù): :Flight Dynamics221 2 31430Rbb bb bb-8.9779E

18、0.123772.6E 10.4若飛機的橫航向特征方程為若飛機的橫航向特征方程為試求振蕩模態(tài)為中立穩(wěn)定時試求振蕩模態(tài)為中立穩(wěn)定時E的值，并近似的值，并近似確定螺旋模態(tài)的特征根。確定螺旋模態(tài)的特征根。（1）振蕩模態(tài)中立穩(wěn)定時得（2）螺旋模態(tài)的特征根為小的實數(shù)，忽略掉高階項得： 4325.811.872.60EFlight Dynamics10.510.5分別用四階方程和近似方法計算典型模分別用四階方程和近似方法計算典型模態(tài)特性。態(tài)特性。*1cos/0001tan0prprprYYYgVpLLLprNNNr （1）利用四階方程計算模態(tài)特性）利用四階方程計算模態(tài)特性1.0528r 滾轉(zhuǎn)模態(tài)：-0.17640.0512-1.00000.0184-76.0576-1.69430.527109.71080.0608-0.323700 1.