飞机飞行动力学 (35).pdf

飞机横飞机横航向扰动运动的简化分析航向扰动运动的简化分析 飞机飞行动力学飞机飞行动力学 价值塑造价值塑造、知识传授、知识传授和和能力能力培养培养 飞机沿着近似飞机沿着近似于螺旋线的航于螺旋线的航迹缓慢迹缓慢下下降降 飞机一方面来回飞机一方面来回滚转，一方面左滚转，一方面左右偏航，同时带右偏航，同时带有侧滑有侧滑 扰动运动初期扰动运动初期迅速衰减的滚迅速衰减的滚转阻尼运动转阻尼运动 螺旋模态螺旋模态 荷兰滚模态荷兰滚模态 滚转模态滚转模态 1 1）目的）目的 简化计算，近似求解简化计算，近似求解 突出主要矛盾，分析突出主要矛盾，分析各模态的物理本质各模态的物理本质 2 2）依据）依据 滚转模态、荷兰滚模滚转模态、荷兰滚模态和螺旋模态的特点态和螺旋模态的特点 3 3）方法）方法 简化方程简化方程 简化运动方程转变为 ddtmxxxx 01mxx特征根为 近似解：1-4.643 精确解：1-2.971 误差大 滚转模态滚转模态 s)0 sssKmsK smssmsKmssmsK smsCsCssCCsCsxyxyyyxyyxyxxxxyzyGzxzxxyxyyx()tan()()()()()()()22()cos()1122()()1122020020101200020简化条件：简化条件：1）2）忽略小项）忽略小项 3）俯仰角小）俯仰角小 CCGycos00tan00 xyxyxyyxxxxyxyyxyyyxassCsmssmsmsmsmssmsss ()()12()()()()()()()()()()202000020a mmsm mm mam mm mC msCm mm mxyyxxyxyyxyxyxyyxyyxxyy02000()()1212()0()121000yyxxm mm mam mm mC ma mmxyyxxyyxyxxy精确解：近似解：112.9712.874 精度足够精度足够 简化条件简化条件:常数项是小项，滚转模态根较大常数项是小项，滚转模态根较大 s)0 sssKmsK smssmsKmssmsK smsCsCssCCsCsxyxyyyxyyxyxxxxyzyGzxzxxyxyyx()tan()()()()()()()22()cos()1122()()1122020020101200020简化条件：简化条件：1）2）忽略小项）忽略小项 3）俯仰角小）俯仰角小 设x0CCGycos00tan00荷兰滚模态荷兰滚模态 ysCCssmssmszzyyyyy12()()()()()()0200sCCmsmCCmzxyyzxyyy202012()12()012()202ymCCmmndyzxyy012()2CCmydzxynd荷兰滚模态的自振频率和阻尼比荷兰滚模态的自振频率和阻尼比 ssbsb sb sb()01234432螺旋螺旋模态对应模态对应最小的实根最小的实根 b sb034 a m mm mC mtgCm mm mm mm mCm mm mtgm mm mbbxyxxyxzxyxyxyxyyxyyxxyyxyyxxxxyyxxyy2()(1)12()()1 2()()120200220034简化条件：简化条件：1）俯仰角小）俯仰角小 2）忽略小项）忽略小项 m mm mCm mm mbbxyyxyxyyxxxyy()2()1034b3一般一般情况下大于情况下大于零零；若；若b40，螺旋，螺旋模态稳定模态稳定。bCm mm mCmmmmmyxyyxyyxyyxyyyy4020212()12()注意：注意：螺旋螺旋模态模态稳定稳定时，时，航向航向静静稳定度稳定度 不能不能太大，太大，横向静横向静稳定度稳定度 不能不能太小，太小，否则否则螺旋螺旋不稳定不稳定。mymx“侧向飘摆”“侧向飘摆”故障故障？航向航向静静稳定度稳定度 过小过小，横向静横向静稳定度稳定度 太太大大，会出现横航会出现横航向飘摆不稳定（荷兰滚不稳定）向飘摆不稳定（荷兰滚不稳定）。mymx“侧向飘摆”“侧向飘摆”故障故障：机翼变形引起下反角机翼变形引起下反角减小，减小，侧向侧向动动稳定性稳定性 侧向侧向静静稳定稳定 mx 0my 0侧向阻尼侧向阻尼 mxx 0myy 0mxmy和和 大小大小匹配匹配 mx“侧向飘摆”“侧向飘摆”排除：排除：增大机翼的下反角增大机翼的下反角 现代大后掠翼飞机机翼现代大后掠翼飞机机翼有一定的下反角，有一定的下反角，whywhy？后掠机翼通常产生稳定力矩，对横向静稳定度的贡献随后掠角增后掠机翼通常产生稳定力矩，对横向静稳定度的贡献随后掠角增大而增大。大而增大。大迎角时航向静稳定度较小大迎角时航向静稳定度较小，下反机翼可下反机翼可减弱横向静稳定性减弱横向静稳定性使其相当使其相当，避免出现左右飘摆避免出现左右飘摆、滚转和侧滑的严重耦合滚转和侧滑的严重耦合。侧向飘摆故障往往在大迎角或超声速飞行时出现。侧向飘摆故障往往在大迎角或超声速飞行时出现。后掠后掠翼翼随迎角增大随迎角增大 mymx飞机飞机超声速超声速飞行时飞行时 mymx横航向扰动运动的三种典型运动模态横航向扰动运动的三种典型运动模态 简化简化分析分析 简化简化分析分析 滚转模态滚转模态 螺旋模态螺旋模态 荷兰滚模态荷兰滚模态 简化简化分析分析 感谢聆听！感谢聆听！