自动飞行控制系统

1、自动飞行控制系统，2、绪论，第一号机的自动飞行一，问题的提出1，飞机的控制过程，3，第一号机的自动飞行，2，手动操纵过程，4，第一号机的自动飞行，3，自动运行过程，5，第一号机的自动飞行，4，飞行控制：手动操纵自动控制：自动控制是指在人不直接参与的条件下由控制系统进行机器人(机器人)控制这种控制系统成为飞行自动控制系统。 自动控制的基本原理是自动控制理论中最重要、最本质的“反馈控制”原理。 5、自动飞行控制系统的作用是以一定方式引导或引导飞行器以改善飞行器的静态、动态性能，控制第六、第一节飞行器的自动飞行、第二、控制平面1、飞行器的目的是改变飞行器的姿势或空间位置，在受到干扰时维持飞行器的姿势或位置。 因此，必须对飞机施加力量和力矩，飞机根据牛顿力学法则发动运动。 2 .作用于飞机上与控制相关的力和力矩主要是偏转控制面(即操纵面)产生的空气动力和力矩。 一般飞机有三个控制面：升降舵、方向舵和挡板。 3、由于航空技术的发展，只是改善飞机的气动布局和发动机的性能，很难达到日益提高飞机性能的要求。 60年代出现了飞机设计的新思想，从飞机设计开始就思考了自动控制系统的作用。 基于这种设计思想的飞机被称为自主配置机器人(ControlConfiguredVehicle简称CCV )。 该飞机有更多的控制面，这些控制面协调偏转，可以完成普通飞机难以实现的飞行任务，达到较高的飞行性能。 当然，控制面越多，飞机自动控制系统的设计就越困难。 7、第一节飞机自动飞行，8、第二节舵回路，稳定回路和控制回路，9、第二节舵回路，稳定回路和控制回路，舵回路：舵机和反馈跟踪系统的作用是改善舵机的工作性能。 稳定电路：由舵电路和飞机姿态反馈元件、放大计算装置构成飞机姿态自动操纵装置，与飞机形成的电路作用是稳定控制飞机姿态。 控制(感应)电路：由稳定电路和飞机轨迹反馈元件、放大计算装置构成飞机轨迹自动操纵装置，与飞机形成的电路作用是稳定控制飞机轨迹。 10、第一章飞行原理、飞机控制系统的核心问题是研究由控制系统和飞机构成的封闭回路的静态、动态性能，因此必须建立控制系统和飞机的数学模型。 其形式为微分方程式、传递函数、状态空间式等。 飞行原理是研究飞机运动规律的学科，属于应用力学范畴。 本章主要探讨了带固定翼飞机在大气中飞行的运动特性，并简要介绍了空气动力学的基本知识。 11、第二节描述空气动力学基本知识、一、流场(一)流场的可流动介质称为流体，流体所占空间为流场。 描述流场的参数主要是流速、加速度和流体状态参数(密度、压力、温度等)。 空气不是连续介质。 因为空气分子之间有自由行程。 但是，这个微小的自由行程与飞机的几何尺寸相比，可以显示出完全无限小，而且我们研究的气流速度、加速度、密度、压力、温度等物理量，是统计学意义上的气体分子群参数，而不是个别分子行为的描述。 因此，流场某点的流速和状态参数是指以该点为中心的小附近的分子群，称为流体微团。 (2)流线流场中存在某一瞬间，曲线上各点的切线与当地的流速方向一致的曲线，将这样的曲线称为流线。 因此，流体微团不会穿过流线，流线也不会相交。(三)流管由于流体微团不通流线，很多流线包围管状，管内的流体只在管内流动而不流出，管外的流体也不流入，该管称为流管。 12、第二节空气动力学的基本知识、13、第二节空气动力学的基本知识、(4)稳定流和非稳定流时，流场各点的速度、加速度及状态参数等只与几何位置有关，不随时间变化称为稳定流。 流场中各点的速度、加速度及状态参数等不仅随几何位置随时间变化，称为非定常流。 空气动力学研究的大部分问题是定常流问题。 (5)流动的相对性根据运动的相对性原理，只要有物体静止、空气运动、物体运动、空气静止、物体和空气速度相同的相对运动，流场各点的物理量和作用于物体的空气动力就完全相同。 因此，物体的运动、空气静止时的流场中的各点的物理量以及作用于物体的空气动力的问题等同于物体静止时、空气运动时的流场中的各点的物理量以及作用于物体的空气动力的问题。 14、第二节空气动力学基本知识，第二、连续方程分别表示、截面I和ii的气流速度、密度、截面积和流量。 气流是连续的，无间隙的，而且我们正在讨论稳定的气流，也就是说，由于气流中没有分子随着时间的流逝而堆积，在单位时间内，流入截面积I的空气质量必须等于流出截面积ii的空气质量。 也就是说，由于断面I和ii是任意取得的，上式可以写成下式：(常数)这是连续方程式，是质量守恒原理在流体力学中的应用。 关于、15，第二节的空气力学的基本知识，飞行速度小的情况下，在飞机周围流动的流场的各点的流速差不大，温度和压力的变化也小，所以密度的变化也小，空气可以认为是不能压缩的流体，=常数。 并且，连续方程式在常数的情况下，流管截面积大的一方流速小，流管截面积小的一方流速大。16、第二节空气动力学基本知识、三、伯努利方程(能量守恒定律)采用低速、非压缩、稳定流取流管，密度常数，任意切取相邻两个截面I和ii。 该公式称为伯努利方程，表示静压和动压之和恒定。 动压的物理意义是大气分子作规律运动具有对外功能的静压物理意义是大气分子作杂乱运动具有对外功能。 17、第二节气动力学的基本知识可以写成，上式表示动压为零时的静压的大小。 这表示，在同一流量管中，流速大的地方静压小，流速小的地方静压大，静压最大的地方流速为零，即总压。18、第二节气动力学的基本知识，四、马赫数马赫数定义为气流速度与当地声速之比：由气动力学可知，空气中的声速：空气的绝对温度。 流场中各点的流速不同，各点的温度不同，因此各点的音速也不同。 在定常流中，声速和马赫数是几何位置的函数。、19、第二节气动力学的基本知识是，五、临界马赫数小于声速的气流通过叶片时，叶片面上各点的流速不同，有些地方的流速远比前方小，有些地方远比前方大。 正面的气流速度慢慢变大的话，翼面的流速的最大值也变大，因为那里的温度下降音速也下降。 正面气流的速度达到某个值时，翼面上最大速度下的流速等于当地的音速。 此时，将远前方的正面气流的速度与远前方的空气的音速比定义为该机的极限马赫数。、20、第二节空气动力学基本知识、21、第二节空气动力学基本知识、飞机飞行速度范围分为：飞行马赫数为飞行速度与远前方空气声速之比，超音速飞行超音速飞行超过作为低速飞行的亚音速飞行声速。、22、第三节飞行器空间运动的显示、飞行器操纵机构、一、坐标系为准确描述飞行器的运动状态，必须选择适当的坐标系。 例如，飞机相对于地面的位置的确定可以使用飞机的旋转运动的描述或者机体轴可以表示的飞机轨迹运动的描述或者速度轴。 (1)地面坐标系(轴系) (2)机体坐标系(体轴系) (3)速度坐标系(速度轴系)、23、第3节飞行器空间运动的显示、飞行器操纵机构、24、第3节飞行器空间运动的显示、飞行器操纵机构、2、飞行器的运动参数(1)飞行器的姿势角这3个姿势角表示机体轴系与地面轴系的关系。 1 .俯仰角机体轴与地面之间的角度。 以抬头为正。 2 .偏航角机体轴向地面的投影和轴间的角度。 把机头右偏摆弄正。 3、侧倾角也称为倾斜角，是指机体轴与包含机体轴的垂直面所成的角度。 飞机向右倾斜时是正的。 25、第三节飞机空间运动的显示、飞机操纵机构、(二)飞机航迹角三个航迹角表示速度坐标系与地面坐标系的关系。 1、尾迹倾斜角飞行速度矢量与地面所成的角度。 以飞机向上飞行时为正。 2、尾迹方位角飞行速度矢量地面平面上投影与之间的角度。 以速度投影到地面上时为正。 3、尾迹滚动角速度轴与包含速度轴的垂直面的角度。 把飞机右侧的倾斜度调正。26、第三节飞机空间运动的显示、飞机操纵机构、(三)气流角两个气流角表示速度矢量与机体轴系的关系。 1 .迎角速度矢量在飞机纵对称面上的投影与机体轴的角度。 将速度矢量的投影在机体轴的下方作为正。 2 .侧滑角速度矢量与飞机纵向对称面的角度。 将速度矢量位于对称面的右侧作为正。 27、第三节空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气三个旋转自由度为俯仰角运动、偏航角运动和侧倾角运动。 1 .纵向运动包括速度的增减、重心的升降以及围绕轴的俯仰角运动。 2 .横向运动简称为横向运动，包括重心的横向运动、偏航角运动和围绕轴的滚转角运动。 规定、29、第三节飞机空间运动的显示、飞机操纵机构、第四节飞机的操纵机构、30、第三节飞机的空间运动的显示、飞机操纵机构、升降偏转角用的显示、升降后缘的下降为正，正向偏转的俯仰力矩为负，即， 作为低转矩的挡板偏转角，将右挡板后缘的下偏(左挡板后缘伴随上偏)设为正，将正方向偏转产生的转矩设为负的值，即表示左转矩的方向偏转角规定方向偏转后缘向左偏转为正，偏转为正、31、第三节飞机空间运动的显示、飞机操纵机构、驾驶员用操纵杆、踏板和操纵杆操纵舵面。 规定：驾驶杆的前进位移为正(此时也为正)，左倾斜位移为正(此时也为正)，左踏板的前方位移为正(此时也为正)。 如果加速杆的前进位移为正，则与加速器增大而发动机的推力增大相对应，相反为负，即加速器降低发动机的推力。关于、32、第4节的稳定性和操纵性概念，飞机飞行运动分为基准运动和干扰运动。 基准运动是指各运动参数完全按规定规则变化。 干扰运动是指受到干扰而偏离基准运动的运动。 可以认为干扰是来自大气的干扰，发动机推力的变化，或者驾驶员的偶然操作等。 在扰动作用停止后，至少在一段时间内，飞机以扰动规律运动，而不是基准运动规律运动。 随着时间的推移，如果飞机有可能从干扰运动回到基准运动，那么基准运动是稳定的。 据说扰动运动越来越远离基准运动，基准运动就越不稳定。 据说，如果干扰运动不恢复，不远离基准运动，基准运动就是中立稳定的。 这就是飞机的稳定性。 33、第四节关于稳定性和操纵性的概念，飞机稳定性分为静稳定性和动稳定性。 静稳定性是指在干扰停止作用的最初瞬间，鉴定飞机运动参数的变化的倾向。 在干扰停止作用的最初瞬间，如果飞机自身的气压特性(驾驶员不偏转舵面)导致飞机的运动参数有返回基准运动的倾向，则说明飞机具有安静的稳定性，在干扰停止作用的最初瞬间，飞机自身的气压特性(驾驶员不偏转舵面) 因此，如果飞机的运动参数有偏离基准运动的倾向，则在解释为飞机安静不稳定的干扰消失的最初瞬间，飞机自身的气压特性(驾驶员不偏转舵面)使飞机的运动参数没有返回基准运动的倾向，也没有偏离基准运动的倾向，飞机安静地中立稳定动稳定性是指在飞机因干扰而停机后，鉴定飞机运动参数的变化过程和最终变化结果。 如果这个过程收敛，最终返回原标准运动，飞机稳定运动的这个过程发散，最终不能返回原标准运动，飞机就不稳定运动，如果这个过程不收敛也不发散，飞机就是中立稳定的。 安静而稳定是动作稳定的前提。 飞机只要动作稳定，飞机就会稳定。 34、第4节关于稳定性和操纵性的概念，操纵性问题和稳定性问题有所区别。 操纵性问题是为了实现某种飞行状态应如何操纵飞机、易操纵条件、操纵力是否适中、飞机操纵响应快等而研究的。 对飞机来说，操纵性和稳定性是矛盾的。 操纵性好则稳定性差，相反，稳定性好则操纵性差。 飞机的稳定性和操纵稳定性的好坏完全取决于飞机的气动特性和结构参数(重量的大小、惯性矩等)。 因此，我们从研究作用于飞机的外力开始，建立了飞机的运动方程式，可以定量分析稳定性和操纵性问题。 35、第五节纵向气动力矩和气动力矩，一、升力(一)叶片几何形状和几何参数1，翼型：叶片截面形状。 表示翼型主要几何特征的参数是从翼弦长翼型前缘点到后缘点的距离即相对厚度的最大厚度相对弯曲度3354的弧的最高点到翼弦线的距离：36，第5节的纵向的空气动力和空气动力矩，2， 翼平面形状：表示翼平面形状特征的主要参数有：展示弦比b翼的延长、翼的翼面积梯形比翼的弦长、翼的前端弦长的前缘的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角的角、38、飞机动力学描述、39、第五节纵向气动力矩、(二)叶片升力1、亚音速叶片产生升力的原理：在叶片表面流动，受叶片形状的影响：叶片上表面：流动变细，流速变快，压力减小，叶片下表面：流动变粗，流速变慢，压力增加，压力差产生升力、第五节纵向空气压力和空气压力、41、第五节纵向的空气压力和空气压力、作用于翼面的压力用压力系数表示：上表面：压力减少，因此值为负，表示该点的压力比远方的气流的压力小，称为吸引力的下表面：压力增大，因此值为正，该点的压力、42、第五节纵向气动力矩和气动力矩2、迎角对翼升力的影响：随着飞机迎角的增大，上表面曲率进一步增大，流速进一步加快，压力进一步减小，而下表面曲率进一步减小，流速进一步减小，