《先进飞行控系统》第四课

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1、先进飞行控制系统先进飞行控制系统第四节课第四节课(20121026)作用在飞机上的力和力矩作用在飞机上的力和力矩 在空气动力学中，常常将总空气动力在在空气动力学中，常常将总空气动力在气流坐标轴气流坐标轴系内分系内分解为升力解为升力(L)、阻力、阻力(D)、侧力、侧力(Y)，总空气动力矩在，总空气动力矩在机体坐标系机体坐标系内分解为俯仰力矩内分解为俯仰力矩(M)、偏航力矩、偏航力矩(N)和滚转力矩和滚转力矩(L)。 由于飞机具有一个几何和质量的对称面，根据各自由度之由于飞机具有一个几何和质量的对称面，根据各自由度之间的耦合强弱程度，可以将六自由度运动分成对称面内（纵间的耦合强弱程度，可以将六自由

2、度运动分成对称面内（纵向）和非对称面内（侧向）的运动。向）和非对称面内（侧向）的运动。 作用在飞机上的力和力矩作用在飞机上的力和力矩纵向力及力矩：纵向力及力矩： eLLLWMCMCMCQSe0LLwLC QSDWDC QSmWAMC QS c作用在飞机上的力和力矩作用在飞机上的力和力矩纵向力及力矩：纵向力及力矩： eLLLWMCMCMCQSe0L VcCVcCVqcCCCCcQSMCMAMCQSDMCMCMCQSAemAmAmemmmAWLDWeLLLWeqee222L02002.2.5 侧向气动力侧向气动力 侧力为飞机总的空气动力侧力为飞机总的空气动力 沿气流坐标系沿气流坐标系 轴的分量轴的

3、分量向右为正。侧力向右为正。侧力Y Y可以表示为：可以表示为：式中：式中： 为侧力系数；为侧力系数； 为机翼参考面积。为机翼参考面积。 侧滑角侧滑角 ，方向舵偏转，方向舵偏转 ，滚转角速度，滚转角速度p p以及偏航角速以及偏航角速度度r r都会引起侧力。都会引起侧力。 （不对称侧向气流才产生侧力不对称侧向气流才产生侧力）。）。WYQSCY RayYCwSrrCpCCCSVYrprYYrYYW2211.2.5 1.2.5 横侧向气动力横侧向气动力（1 1）侧滑角）侧滑角 引起的侧力引起的侧力对常规飞机，侧力由垂尾和机身（超音速飞机机头）引起对常规飞机，侧力由垂尾和机身（超音速飞机机头）引起 为为

4、侧力导数侧力导数 正侧滑角正侧滑角 产生负侧力产生负侧力其原理如下图所示：其原理如下图所示： 2102WYYYV S CCYYCC00Y1.2.5 1.2.5 横侧向气动力横侧向气动力2.2.6 侧向气动力侧向气动力 它们均为它们均为 、 、P P 、 、r r的函数的函数 ar prrprarprarWYYrYYWllalrllWnnanrnnYQSCCCpC rLQS b CCCC pC rNQS b CCCCpC r1.2.6 1.2.6 横侧向气动力横侧向气动力 ar prrprarprarWYYrYYWllalrllWnnanrnnYQSCCCpC rLQS b CCCC pC rN

5、QS b CCCCpC r 它们均为它们均为 、 、P P 、 、r r的函数的函数 绕绕机体坐标轴系机体坐标轴系x轴的力矩称为滚转力矩轴的力矩称为滚转力矩L；绕；绕机体坐标轴机体坐标轴系系z轴的力矩称为偏航力矩轴的力矩称为偏航力矩N，两者合称横侧向力矩。，两者合称横侧向力矩。（1）滚转力矩）滚转力矩 滚转力矩包括：侧滑角滚转力矩包括：侧滑角引起的滚转力矩引起的滚转力矩 ；副翼偏转角引起的滚转力矩副翼偏转角引起的滚转力矩 ；方向舵偏转角；方向舵偏转角r r引起的滚转力矩引起的滚转力矩 ；滚转角速度；滚转角速度p p引起的滚转引起的滚转力矩力矩 和偏航角速度和偏航角速度r r引起的滚转力矩引起的

6、滚转力矩 。)(AL)(aAL)(rAL)(pLA)(rLA（1）滚转力矩）滚转力矩 侧滑角侧滑角引起的滚转力矩引起的滚转力矩 为为横滚静稳定性导数横滚静稳定性导数 时，飞机具有横滚静稳定性；时，飞机具有横滚静稳定性； 时，飞机为横滚静不稳定的。时，飞机为横滚静不稳定的。 P36P36图图1-311-31有详细解释有详细解释 （书上图有问题）书上图有问题） bSVCLWlA)21()(2llCC0lC0lC（1）滚转力矩）滚转力矩 副翼偏转角引起的滚转力矩副翼偏转角引起的滚转力矩（滚转操纵（控制）力矩），（滚转操纵（控制）力矩），使操纵飞机产生滚转力矩的主要措施。使操纵飞机产生滚转力矩的主要措

7、施。 为为滚转操纵导数滚转操纵导数 当副翼正向偏转当副翼正向偏转 时，即时，即“左上右下左上右下”偏转，此时相偏转，此时相当于右机翼的翼型弯度增大；而左机翼的翼型弯度减小。当于右机翼的翼型弯度增大；而左机翼的翼型弯度减小。所以右机翼的升力增大，而左机翼的升力减小，故此将产所以右机翼的升力增大，而左机翼的升力减小，故此将产生负的滚转力矩生负的滚转力矩 。aWlaAbSVCLa)21()(20e0)(aALallCCa0alC（2）偏航力矩）偏航力矩 绕绕z轴的偏航力矩轴的偏航力矩 包括：侧滑角包括：侧滑角引起的偏航力引起的偏航力矩矩 ；副翼偏转角；副翼偏转角 所引起的偏航力矩所引起的偏航力矩 ；

8、方向舵偏转角方向舵偏转角 所引起的偏航力矩所引起的偏航力矩 ；滚转角；滚转角速度速度p p所引起的偏航力矩所引起的偏航力矩 和偏航角速度和偏航角速度r r引起引起的偏航力矩的偏航力矩 。aAN ANaANrAN rNAr pNA（2）偏航力矩）偏航力矩 侧滑角侧滑角引起的偏航力矩，又称为航向静稳定力矩。引起的偏航力矩，又称为航向静稳定力矩。 此力矩主要由机身和立尾产生。机身产生不稳定的偏航力矩，此力矩主要由机身和立尾产生。机身产生不稳定的偏航力矩，但数值较小；立尾在重心之后，立尾上侧力对重心的力矩是但数值较小；立尾在重心之后，立尾上侧力对重心的力矩是稳定作用（稳定作用（oxox轴转）。轴转）。

9、 为为航向静稳定性导数航向静稳定性导数bSVCNWnA)21()(20nCnnCC（2）偏航力矩）偏航力矩 飞机右侧滑角飞机右侧滑角 ，由上面关于侧滑角，由上面关于侧滑角 引起的侧力分引起的侧力分析知道，垂尾将产生一个左侧力析知道，垂尾将产生一个左侧力 。由于垂尾在飞机。由于垂尾在飞机重心后方，所以产生一个正的偏航力矩重心后方，所以产生一个正的偏航力矩 ，飞机，飞机纵轴纵轴ox右转，使得侧滑角右转，使得侧滑角 减小，因此减小，因此 是一个稳定是一个稳定的偏航力矩。的偏航力矩。bSVCNWnA)21()(20 0Y0)(AN)(AN0nC（2）偏航力矩）偏航力矩 方向舵偏转角引起的偏航力矩方向舵

10、偏转角引起的偏航力矩（航向操纵力矩）（航向操纵力矩） 为为航向操纵导数航向操纵导数， 方向舵正向偏转方向舵正向偏转 ，方向舵后缘向左偏转，垂尾将产，方向舵后缘向左偏转，垂尾将产生一个正的侧力，由于垂尾在飞机重心之后，所以产生负的生一个正的侧力，由于垂尾在飞机重心之后，所以产生负的偏航力矩偏航力矩rWnrAbSVCNr)21()(2rnnCCr0rnC0r0)(rAN侧向气动力及力矩系数含义侧向气动力及力矩系数含义侧力系数；侧力系数； 方向舵侧力系数；方向舵侧力系数； 横滚静稳定性导数；横滚静稳定性导数； 滚转操纵导数；滚转操纵导数； 操纵交叉导数；操纵交叉导数； 滚转阻尼导数；滚转阻尼导数；

11、交叉动导数；交叉动导数； 航向静稳定性导数；航向静稳定性导数； 航向操纵导数；航向操纵导数； 副翼操纵交叉导数；副翼操纵交叉导数； 交叉动导数；交叉动导数； 航向航向阻尼导数。阻尼导数。YCrlCrlCnCanCrnClCplCrnCpnCrYCalC飞机静稳定性判定飞机静稳定性判定 纵向静稳定性导数纵向静稳定性导数 横滚静稳定性导数横滚静稳定性导数 航向静稳定性导数航向静稳定性导数纵向中立静稳定；纵向静不稳定；纵向静稳定；, 0, 0, 0mmmCCCmCnC横滚静不稳定；横滚静稳定；, 0, 0llCClC矩；飞机具有不稳定偏航力；飞机具有稳定偏航力矩, 0, 0nnCC稳定的偏航力矩在稳