91116-飞行力学-飞行动力学习题课(一)2014

飞行力学习题课（一）2气动特性参数及其随飞行状态和构型参数的变化趋势喷气式发动机性能参数以及其高度特性、速度特性、转速特性、特定油门状态常用坐标系的定义；坐标系间的夹角和相互转换飞机质心在铅垂平面内和水平面的运动方程及其特殊运动状态下的简化本章要点：第一章飞行器质心运动方程31、失速的限制，即最大允许升力系数CL.a，比失速升力系数CL.s小一些。此方面限制最大允许升力系数的主要因素有：高度、马赫数、飞行器的气动外形。2、操纵的限制，保持俯仰平衡所需的舵面极限偏角的限制。1.2飞行器的最大允许升力系数主要受哪些因素的限制？1.1研究飞行器性能和飞行轨迹特性时，将飞行器视作可控质点来处理的基本前提是什么？作用在飞行器上的力矩始终保持平衡。41.CD0随Ma的变化规律：1.3说明零升阻力系数CD0、升致阻力系数因子A随马赫数Ma的变化规律。亚声速：主要是摩阻系数，随Ma变化很小；跨声速：波阻出现，零升阻力系数急剧增大；超声速：激波随Ma增加而减弱，

CD0减小。2.A随Ma的变化规律：亚声速：基本不变；超声速：随Ma的增大而增大。1.4何谓飞行器极曲线？极曲线形状受哪些因素的影响？极曲线：飞行器阻力与升力系数的曲线。其影响因素：高度、马赫数、飞行器的气动外形（如展弦比、后掠角等）。51.5简要说明涡轮喷气发动机的速度特性、高度特性和转速特性。6推力油耗速度特性推力随马赫数先轻微减小后增加而后再减小。耗油率随马赫数先快速增加，而后均匀缓慢增加，再快速增加。高度特性推力随高度增加而减小。油耗在对流层(H<11km)内随高度增加而减小，在平流层基本不变。转速特性推力随转速快速增加，有试验表明推力大致与转速的三次方成正比。在经济转速（巡航转速）前油耗随转速增加而下降，而后上升。71.7试导出在机体坐标系中投影的质心动力学方程。8或需要注意的是迎角和侧滑角同样是时间的函数。若要将体轴系内角速度用姿态角的变化率表示，则有9地面坐标系可认为是惯性系，因此坐标系转动角速度为零，即1.8试导出在地面坐标系

中投影的质心动力学方程。航迹倾角和航迹偏角同样是时间的函数。10关系1(无风):11航迹气流机体关系2:航迹地面机体1.9分析机体坐标系与航迹坐标系之间的互相关系，并导出转换矩阵.补充作业：试推导航迹坐标系下的三个角速度分量12三维转换矩阵同样具有二维转换矩阵的四个特性？

课后作业两个空间坐标系和间的欧拉角为：，则其转换矩阵为：13由于

所以互为转置矩阵14以及由于

所以互为逆矩阵阵

是正交阵1516推导与二维转换矩阵完全相同，设另有一空间坐标系，则矢量r在这三个坐标系下的表示有如下关系

三维转换矩阵也有传递性第二章飞机的飞行性能17掌握飞机基本飞行性能（平飞、上升、下滑、续航、起降）的性能指标掌握基本飞行性能的工程计算原理和方法典型飞行过程（如定直平飞、起降）的操纵原理本章要点：2.1飞机定直平飞的最小速度受到哪些因素的限制？而最大速度又受到哪些因素的限制？

最小平飞速度Vmin受到以下因素的限制：最大升力系数、允许升力系数、抖动升力系数、最大平尾偏角、发动机的可用推力等。

最大平飞速度Vmax受到以下因素的限制：发动机推力、飞行高度、气动加热、结构强度等。18本章习题192.4试分析推重比T/W和翼载荷W/S对飞机基本飞行性能、起落性能的影响。T/W增大：减小起飞距离，增大最大速度（亚跨音速飞机增加不多，超音速可能增加较多），可能减小最小速度，增大爬升率减小爬升时间。W/S减小：可能会减小最小速度，增大下滑时间，减小离地速度，减小接地速度。（W/S减小对阻力的影响取决于其减小是通过增大翼面积还是减重）2.5某轻型喷气飞机重量W=30000N,翼载荷W/S=1000N/m2

在某高度上的可用推力Ta=4000N。假设CD=0.015+0.024CL2和CLmax=1.4。试确定最大和最小平飞速度。（任取一高度求解）20代入解得或条件：以可用推力飞行。对应升力系数不可能出现。最小速度由CLmax限制限制最大速度2.6某歼击机重量W=50000N,以升阻比K=6飞行，当发动机可用推力Ta=21500N时，试问在此种情况下，飞机能否做定直平飞？若不能，可以以多大的上升角做定直爬升飞行。（保持油门不动）21需用推力故不能做定直平飞，定直爬升上升角：222.9某喷气式飞机以速度V=800km/h做定直平飞,此时空气阻力D=16000N，发动机耗油率cf

=0.114kg/(N.h)，η=0.98。试确定飞机的千米耗油量cf.R和小时耗油量cf.t。千米耗油量定直平飞小时耗油量232.9某飞机在额定油门下以V=900km/h定直爬升,历时5min,平均小时耗油量cf.t=2520kg/h；以后该机做定直平飞，且千米耗油量cf.R=0.9kg/km；飞机最后阶段以V=500km/h定直下滑20min,平均小时耗油量cf.t=900kg/h。做飞机可用燃油量Qf.a=1500kg，试求其总航程（上升、下滑角很小，近似取cosγ

=1）。定直爬升段定直下滑段定直平飞段总航程2.9如不考虑cf与

η

的变化，试分析喷气式飞机在什么飞行条件下，在给定高度和速度下作巡航飞行时的航程、航时最大。航程航时24同时给定高度、速度，则飞机的飞行状态是给定的，可理解为“做定高定速巡航飞行”。航时最大，则要求最大，即最小，航程最大，即最大，要求最小2.15何谓多发飞机单发停车时的“决策速度”和“平衡场地长度”？试分析起飞重量对平衡场地长度和驾驶员的决策的影响。25决策速度：多发飞机在起飞滑跑过程中一临界发动机失效时的某个速度，在此速度下，飞机无论是继续起飞还是中断起飞，都需要相同的滑跑距离。平衡场长：飞机继续起飞所需距离与中断起飞所需距离相等时，飞机完成起飞（或加速-中断起飞）这一完整过程所用到的场地长度。起飞重量增加，平衡场地长度增大，在平衡场地长度大于实际场地长度时，无论是继续起飞还是中断起飞，均有危险。因此在给定场长下起飞，起飞重量可能受到场地长度的制约。飞行包线H/公里100.51.01.52.0M增强型20幻影2000-5补充作业:、试解释飞机飞行包线的形状?26补充题：解释飞行包线的形状。

对于跨音速飞机：可用推力随高度的增加而降低，起主导作用，这样组合参数Ta/CDρ随高度的增加而降低，因而Vmax随高度的增加一直减小。最大平飞速度：都会随高度变化

对于超音速飞机：通常在对流层内Vmax随高度的增加而增大，在平流层中则随高度的增加而减小。原因：对流层中，声速降低，使同一速度所对应的Ma数增大，在超声速区时，波阻系数随着Ma数的增大而减小，这样CD就减小。因此CDρ的减小起主导作用，Vmax随高度的增加而增大。27

平流层中，音速不随高度而变化，因此同一速度对应的Ma数不随高度变化，波阻系数就不随高度的增加而降低。另外由于ρ已经减小很多，为了保持平飞需增加迎角，因而CD增大。所以高度增加时，CDρ的减小变得缓慢，而此时发动机的推力剧烈下降，从而使得Vmax随高度的增加而减小。

最小平飞速度：低空飞行时，最小平飞速度受到CLmax、CL.a、CL.sh

、

CL.δmax限制，一般由最大允许升力系数确定，高空飞行时最小平飞速度往往受到发动机可用推力的限制。由于ρ随飞行高度的增加而减小，MaminL.a随飞行高度的增加而增加。由于飞行高度的增加平飞需用推力曲线右移，加之可用推力的下降，故MaminT.a随高度的增加而增大。最小平飞Ma数取两者的较大者。28二架外形完全一样的滑翔机，一架飞机（A）上坐了一名运动员，另一架飞机（B）上坐了二名运动员，请问哪架滑翔机飞得时间长，哪一架滑翔机飞得远？作业29最大滑翔距离:最大滑翔时间:最大滑翔距离与滑翔机的重量无关，A,B一样远；而最大滑翔时间与滑翔机的重量有关，A更长；因此设计滑翔机时应尽可能轻，越轻飞得越久。30第六章刚性飞行器运动方程航迹坐标系下的移动动力学方程体轴系下的移动动力学方程和转动动力学方程利用航迹坐标系和体轴系下运动变量表示的质心运动学方程体轴系下的质心转动运动学方程小扰动线化方程假设和方法纵向小扰动运动方程组及简化形式横侧小扰动运动方程组本章要点：316.3飞行器扰动运动分离为纵向和横侧向运动独立研究，应满足哪些条件。1、飞机具有对称面，且机体转动部件的陀螺效应可略去。2、在基准运动中，对称面处于铅锤平面(ϕ=0)，且运动平面与飞机对称平面重合(β=0)。本章习题6.4试线化航迹坐标系中投影的侧力方程：33展开后忽略二阶以上小量，再减去基准方程6.7某飞机模型在低速风洞中试验，测得在α=30°，β=10°，ϕ=10°下作用于