飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵

1、会计学1飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵第1页/共110页非对称的飞行运动，称为横侧运动，或横航向运动。第2页/共110页侧滑角：飞行速度矢量和纵向对称面的夹角：；当Vy为正时，侧滑角为正。即右侧滑为正。VVy sin图:飞机着陆的侧滑飞行V第3页/共110页第4页/共110页LN图: 机体坐标系滚转力矩L右滚为正滚转角速度p右滚为正偏航力矩N右偏航为正偏航角速度r右偏航为正俯仰力矩M抬头为正俯仰角速率q抬头为正第5页/共110页舵面偏角舵面偏角正负定义正负定义操纵位移操纵位移正负定义正负定义平尾偏角平尾偏角后缘下偏为后缘下偏为正正纵向操纵纵向操纵位移位移推杆为

2、正推杆为正副翼偏角副翼偏角左上右下左上右下为正为正横向操纵横向操纵位移位移左压杆为正左压杆为正方向舵偏角方向舵偏角 左偏为正左偏为正方向操纵方向操纵位移位移左脚蹬左脚蹬为正为正平尾演示第6页/共110页飞机的方向平衡与偏航力矩方向平衡：偏航力矩的平衡。 N=0 方向不平衡，即偏航力矩不为零的原因：1）左右机翼阻力不对称2）左右发动机推力不对称 或者推力线偏斜 3）垂直尾翼不对称 4）飞行员操纵副翼或者方向舵 副翼第7页/共110页飞机的横向平衡与横滚力矩横向平衡：横滚力矩的平衡。 L=0 =0横向不平衡的原因：1）左右机翼升力不相等或到飞机对称面的距离不相等2）左右平尾升力不相等或到飞机对称面

3、的距离不相等第8页/共110页第9页/共110页Y:侧力 L:滚转力矩N:偏航力矩Z图:风洞实验确定侧力和横侧力矩V定常侧滑直线飞行中，飞机上同时作用有侧力、滚转力矩和偏航力矩，力和力矩系数与成线性关系。第10页/共110页SVYCy221 yyCC 侧力导数：SVCYy221 侧力系数：侧力系数随侧滑角变化曲线线性、对原点成反对称原点处为平衡状态，做对称定直飞行第11页/共110页 llCCSbVLCl221 横向静稳定导数：图:滚转力系数随侧滑角变化曲线由侧滑角引起的滚转力矩称为滚转静稳定力矩滚转力矩系数第12页/共110页航向静稳定导数： nnCCSbVNCn221 偏航力矩系数：由侧滑

4、角引起的偏航力矩称为偏航静稳定力矩图:偏航力系数随侧滑角变化曲线第13页/共110页nnCC llCC 第14页/共110页第15页/共110页课堂设计航向静稳定性定义条件影响因素横向静稳定性定义条件第16页/共110页第17页/共110页 0 0Gsin 横向静稳定性：飞机受到扰动偏离原横向平衡状态产生坡度，在扰动消失瞬间飞机自动恢复原横向平衡的趋势。第18页/共110页ZY右滚扰动重力分量右侧滑0Cl0右滚不稳定Cl0左滚稳定横向静稳定导数：0lC lC0 ：横向静不稳定 =0 ：横向中立稳定第19页/共110页V飞机能自动改变机头指向消除侧滑,称为航向静稳定性 =0 ,N=0N0 0航向

5、静稳定性：飞机受到扰动偏离原方向平衡状态产生侧滑角，在扰动消失瞬间飞机自动恢复原平衡状态的趋势。第20页/共110页n0C 航向静稳定导数：右侧滑扰动0nC0不稳定右偏航侧滑减小稳定左偏航侧滑增大航向静稳定性判据第21页/共110页 导数导数纵向静稳定导数纵向静稳定导数横向静稳定导数横向静稳定导数 航向静稳定导数航向静稳定导数静稳定时的静稳定时的符号符号LmCmCC 或或lC nC Cl 随变化曲线的斜率称为横向静稳定导数， Cn 随变化曲线的斜率称为航向静稳定导数。静稳定判据结论第22页/共110页Q机身Q机翼翼端机翼上反Q垂尾Q翼身干扰Q结论与分析机翼后掠第23页/共110页00:Cy 0

6、Cl 0Cn0Vn右 Vn左(+)(-)0:Cy 0Cl 0 0 0 00 nlyC,CC: 机翼后掠产生横向和航向静稳定作用。但后掠角一般由升阻要求决定。第25页/共110页0Vsin V 0:Cy 0Cl 0Vsin V 0:Cy 0Cl 0 0:Cy 0Cl 0 0 0 0 nlyC,CC机翼上反：机翼上反：第28页/共110页0主要的航向静稳定部件。一般通过调节垂尾容积改变 nC0:Cy 0Cl 0 0 0 0 nlyC,CC垂尾：垂尾：第29页/共110页对于上单翼和高平尾，0:0C:l 上上单单翼翼或或高高平平尾尾(+)(-)0:Cy 0Cl 0左副翼上偏右副翼下偏(+)(-)0C

7、DDan 左左右右副翼操纵导数副翼操纵效能0alC 第40页/共110页左压杆0 alC 第41页/共110页副翼不利偏航现象第42页/共110页副翼不利偏航现象左压杆0lC 第43页/共110页解决办法：差动副翼向下偏角向上偏角副翼不利偏航现象的解决措施2.右右左左aaa 第44页/共110页偏航操纵力矩方向舵是装在垂尾后缘的活动翼面。驾驶员蹬脚蹬，可使方向舵左右偏转。左脚蹬前移时，方向舵后缘左偏，规定为正。右脚蹬前移时，方向舵后缘右偏，规定为负。第45页/共110页蹬左舵为正方向舵左偏为正偏转方向舵产生的偏航力矩第46页/共110页rnC 方向舵操纵效率：0 ryC 偏转方向舵产生的偏航力

8、矩第47页/共110页第48页/共110页rnannnrlalllraraCCCCCCCC+第49页/共110页舵面偏角舵面偏角正负定义正负定义操纵位移操纵位移正负定义正负定义平尾偏角平尾偏角后缘下偏为后缘下偏为正正纵向操纵纵向操纵位移位移推杆为正推杆为正副翼偏角副翼偏角左上右左上右下为正下为正横向操纵横向操纵位移位移左压杆为正左压杆为正方向舵偏角方向舵偏角 左偏为正左偏为正方向操纵方向操纵位移位移左脚蹬左脚蹬为正为正第50页/共110页LmmCCC 或或lC nC 静稳定性导数静稳定性导数判据判据纵向纵向0横向横向0静稳定导数及判据第51页/共110页第52页/共110页定常直线侧滑飞行时飞

9、行器的平衡和静操纵特殊情况需主动带侧滑飞行：侧风起落、非对称推力等 第53页/共110页定常直线侧滑飞行时飞行器的平衡侧力平衡方程：0sin WYYrr滚转力矩平衡方程：0ararLLL 偏航力矩平衡方程：0rraaNNN =0sinWL 第54页/共110页定常直线侧滑飞行时飞行器的平衡侧力平衡方程：0sin WYYrr滚转力矩平衡方程：0arllalrCCC 偏航力矩平衡方程：0rnnrCC =0sinWL 0ryyrLCCC 系数形式0ararLLL 0rraaNNN 第55页/共110页定常直线侧滑飞行时飞行器的平衡0arllalrCCC 0rnnrCC 0ryyrLCCC 平衡方程在

10、气动导数已知的情况下，上式包含四个参数，若给定侧滑角均与成正比第56页/共110页定常直线侧滑飞行时飞行器的平衡在定直侧滑飞行中，所需副翼和方向舵平衡偏角，以及飞行器的滚转角均与成正比。横侧向操纵平衡曲线),(),( frfa 第57页/共110页定常直线侧滑飞行时，为保证横侧力和力矩平衡，所需的副翼偏角和方向舵偏角随侧滑角（或滚转角）的变化。第58页/共110页飞行品质规范规定：蹬左舵应该产生右侧滑左压副翼产生左侧滑，右滚转增加随之右侧滑增加等。这些要求可用静操纵性指标来表示000 ar第59页/共110页静稳定性与静操纵性的关系000 ar0)1 (00)1 (rncnrcLcrnnrnl

11、nrlallCCCCCCCCrCCCCCCa 00 nrnnrllCCCCCrnnrllCCCC 此项一般飞行中均能满足。航向应静稳定横向静稳定性还要满足第60页/共110页定常直线侧滑飞行时飞行器的平衡若给定滚转角第61页/共110页定常直线侧滑飞行时，为保证横侧力和力矩平衡，所需的升降舵偏角和方向舵偏角随侧滑角（或滚转角）的变化。第62页/共110页飞机着陆时如遇相对跑道方向侧风，为使机头对准跑道，往往需要飞机带侧滑和倾斜的飞行。以垂直跑道右侧风为例：风速为Vw飞机对地速度为V则侧滑角应为VVarcw VwVVa第63页/共110页例：P272第64页/共110页VVarcw 第65页/共

12、110页)/(tand1Vw 规范规定：当垂直侧风风速w10m/s时，横侧操纵效能应保证用侧滑修正侧风进行着陆 。第66页/共110页+SbVYTCTnT221P74规范规定：出现非对称推力及相应的偏航力矩，飞机应能定直飞行。 第67页/共110页品质规范规定 ：能单独利用方向舵操纵使飞机按应有的方向改变其倾斜姿态， 左蹬舵(r0)左偏航左滚转. 蹬右舵，飞机向右滚转。如果蹬舵后的效果与应有的滚转方向相反，便出现了“蹬舵反倾斜现象”。第68页/共110页0Cl V 右翼D 左翼 D 右翼 N(-)()()偏航阻尼力矩r左半翼速度增加横向交叉力矩第74页/共110页滚转交感力矩主要右机翼和垂尾引

13、起垂尾r（+） Y（+) L(+) 机翼r（+） V 左翼 V 右翼L 左翼 L 右翼 L(+) ()()偏航阻尼力矩r左半翼速度增加横向交叉力矩第75页/共110页偏航角速度 无量纲化rVrbr2 0Cnr 偏航阻尼，主要由垂尾产生，其次是机翼0Clr 滚转交感，小导数。主要由机翼及垂尾产生。 ()()偏航阻尼力矩r左半翼速度增加横向交叉力矩第76页/共110页偏航交感滚转交感第77页/共110页rCpCCCCClrlprlalllra rCpCCCCyrypryyyr rCpCCCCCnrnprnannnra 第78页/共110页第79页/共110页定常曲线力矩表达式：定常曲线飞行时的附加

14、力矩及其平衡：rCpCCCCClrlprlalllra rCpCCCCCnrnprnannnra 0arllplrlalrCC pC rCC0arnnpnrnanrCCpC rCC第80页/共110页稳定滚转常用来衡量副翼的滚转操纵效能。当副翼突然偏转时，飞机将从p=0开始加速滚转，如果不考虑副翼偏转引起的侧滑和偏航运动，飞机将继续不停加速滚转，直到p产生的阻尼力矩=副翼操纵力矩，飞机才等速稳定滚转。稳定滚转实际上是限定侧滑角和偏航角速度为0，仅考虑滚转自由度的定常运动，是一种假想的机动动作。规范要求：1秒内能滚过一定坡度角。 第81页/共110页0arllplrlalrCC pC rCC规范

15、要求：1秒内能滚过一定坡度角。 在小速度飞行时，p不小于0.055 可以用滚转角速度衡量副翼操纵效能。第82页/共110页一定的副翼偏角对应一定的滚转角速度副翼的操纵本质不同于升降舵和方向舵。副翼属于角速度操纵升降舵和方向舵属于角位移操纵，一定的升降舵偏角对应一定的迎角，一定的方向舵偏角对应一定的侧滑角。第83页/共110页正常盘旋（侧滑角为）0sin0cossincoscosbgpqLr 盘旋角速度 第84页/共110页WnLnCnCWLncos1把p/q/r表示为过载的函数第85页/共110页附加滚转力矩系数：附加偏航力矩系数：附加升力：通过操纵舵面平衡：llplrnnpnrLWnCC p

16、C rCC pC rCCn第86页/共110页通过操纵舵面平衡：盘旋附加舵偏角第87页/共110页第88页/共110页第89页/共110页第90页/共110页第91页/共110页第92页/共110页0)(00mmqemLmCmCqCCCCCeLe0allalplrCCCpCr0annanpnrCCCpCr1.写出飞机做曲线飞行时俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩平衡方程。第93页/共110页1. 下图是某飞机的纵向平衡曲线，试分析该飞机的纵向静稳定性，并分析从a到b飞行员应如何操纵，由此说明纵向静稳定性和静操纵性的关系第94页/共110页复习：本章主要内容 nlCC ,横航向操纵导数ranlCC ,

17、及飞机操纵效能设计定直侧滑飞行的平衡正常盘旋飞行的平衡第95页/共110页气动导数分类静稳定性导数： 阻尼导数： 交感阻尼导数： 操纵导数： 交感操纵导数： nlmCCC,rnplqmCCC,pnrlCC ,raenlmCCC ,arnlCC ,洗流时差导数： mC第96页/共110页俯仰力矩滚转力矩偏航力矩第97页/共110页第98页/共110页第99页/共110页第100页/共110页0lC副翼反操纵第101页/共110页0 rlallrlpLraCCrCpCC 0 emLmCmqmeLCCCqCC 0 rnannrnpnraCCrCpCC 定常曲线飞行是所需的附加舵偏角)LmCCCL (第102页/共110页第103页/共110页LN图: 机体坐标系滚转力矩L右滚为正滚转角速度p右滚为正偏航力矩N右偏航为正偏航角速度r右偏航为正俯仰力矩M抬头为正俯仰角速率q抬头为正第104页/共110页飞机的方向平衡与偏航力矩方向平衡：偏航力矩的平衡。 N=0 方向不平衡，即偏航力矩不为零