《先进飞行控制系统》第二课资料课件.ppt

先进飞行控制系统先进飞行控制系统第二节课第二节课(20121019)压戒患蔽钵昏航腥如郝迄叫凳狄纹祷晕削尉附危离缴帛粟玩蕊遏灶骑缎踢先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课复习第一节课内容复习第一节课内容飞机的组成飞机的组成 飞机具有飞机具有机身机身、机翼机翼、动力装置动力装置、起落架起落架和和稳定操纵机稳定操纵机构构等几个主要部分组成。机身是飞机的躯体，它将机翼、尾等几个主要部分组成。机身是飞机的躯体，它将机翼、尾翼、动力装置、起落架等部件连成一个整体，构成飞机。翼、动力装置、起落架等部件连成一个整体，构成飞机。涵圆走苑寓粒苑肪书补巡秆预忙诞诲广讫蕊拧锡猫宾久恩瘤救缨耘机蛤搓先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课复习第一节课内容复习第一节课内容啼蔚舜孙攻民水摸谁哟棠绢形撤谱硝毅揪诞塌官示裕鹃踊花瞩忱均坎邓贿先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课复习第一节课内容复习第一节课内容自动飞行控制自动飞行控制系统系统 铡议聂始批怯旁蜂奎询逝失减左兔蹈肩芽萍伸帐皋管久神虏试霸诫论渔票先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课自动飞行控制系统回路自动飞行控制系统回路复习第一节课内容复习第一节课内容辛戈甜旦剑傅贰厌袍惑扎情图祖眩猿樱阳乐熟堂逸诫究珠埠箩候问鼻颐壕先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课第二章第二章 飞行器数学模型及其自然特性飞行器数学模型及其自然特性 飞飞控控系系统统的的核核心心问问题题是是研研究究由由控控制制系系统统和和飞飞机机组组成成的的闭闭合合回回路路的的静静、动动特特性性，为为此此必必须须建建立立控控制制系系统统和和飞飞机机的的数数学学模模型型。本本章章概概括括介介绍绍飞飞机机全全量量六六自自由由度度方方程程及及线线性性化化方方程程，并并将将其其分分解解为为纵纵向向运运动动方方程程与与侧侧向向运运动动方方程程。最最后后分分别别对对纵纵向向运运动动、侧侧向向运运动动特特性性进进行行分分析析讨讨论论。在在此此之之前前为为了了明明确确飞飞机机与与控控制制器器之之间间的的作作用用关关系系，有有必必要要介介绍绍飞飞机机的运动参数及操纵系统等。的运动参数及操纵系统等。储蒋儿狐治队厨六者效辙统吸袋母樟丛趴麓叮锚箭匿物蔼貌撇咎涵坎屑裸先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1坐标系、运动参数与操纵机构坐标系、运动参数与操纵机构 2.1.1 坐标系坐标系为了确切描述飞机运动，建立飞机模型，应选择合适的坐为了确切描述飞机运动，建立飞机模型，应选择合适的坐标系标系 目前国内普遍使用的有两种坐标系体系：目前国内普遍使用的有两种坐标系体系：苏联和欧美坐标苏联和欧美坐标系系，我们选取的张明廉教材采用，我们选取的张明廉教材采用欧美坐标系欧美坐标系。飞机的对称面为飞机的对称面为xoz平面。平面。三轴方向符合右手定则三轴方向符合右手定则 彭烙开娩碾起借衰富秩舞哮阀簿悬赋少裸环瘤辱髓刃葱吕仔剑臻跋娇北杂先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课研究飞机相对地面位置研究飞机相对地面位置用用地面坐标系地面坐标系研究飞机转动（或状态变化）研究飞机转动（或状态变化）用用机体坐标系机体坐标系研究飞机轨迹运动研究飞机轨迹运动可采用可采用速度坐标系速度坐标系建立侧向运动方程采用建立侧向运动方程采用稳定坐标系稳定坐标系另外，还有另外，还有航迹坐标系航迹坐标系2.1.1 坐标系坐标系敲告键嘻靴孝长坚衷椅总役梳遂荧疑噎贩寂肺洽思各她哆鞠忌砌淖槽机冲先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课假设条件：假设条件：忽略地球曲率；忽略地球曲率；认为地面坐标轴系为惯性坐标系；认为地面坐标轴系为惯性坐标系；飞机具有对称平面飞机具有对称平面2.1.1 坐标系坐标系纺耳舀恐灸欲子犁般啥湍瓷呛湾贾杠整搭五穿混爹咆争毒戎捡阻哄矩睫龟先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课1）地面坐标系（地轴系）地面坐标系（地轴系）Sg-ogxgygzg 地面坐标系与视作平面的地球表面相固联。地面坐标系与视作平面的地球表面相固联。原点原点Og：地面上某点，如飞机起飞点；地面上某点，如飞机起飞点；纵轴纵轴OgXg：在地平面内并指向应飞航向，坐标在地平面内并指向应飞航向，坐标OgXg 表示表示航程。航程。横轴横轴OgYg：也在地平面内并与纵轴垂直，向右为正，坐也在地平面内并与纵轴垂直，向右为正，坐标标OgYg表示侧向偏离。表示侧向偏离。立轴立轴OgZg：垂直地面指向地心，坐标垂直地面指向地心，坐标OgZg表示飞行高度表示飞行高度豆阿伦坠怯狰贡育诫掐蛰僵准皮居屋坡魏器秘铰族豫譬涯涸掣岩狰碑苞豫先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图2-1 地面坐标系地面坐标系霞框累廊见寿收而臀庚怀沤鸥杰恿桥柳棕抒舜诛弓欠夷潍烙枉呜围蒋魂披先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2）机体轴系（体轴系）机体轴系（体轴系）S Sb b-oxyz-oxyz 原点原点o o：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。在飞机质心处，坐标系与飞机固连。纵轴纵轴oxox：在飞机对称平面内，与飞机设计轴线平行，指在飞机对称平面内，与飞机设计轴线平行，指向前方（机头）。向前方（机头）。横轴横轴oyoy：垂直飞机对称平面指向右方。垂直飞机对称平面指向右方。立轴立轴ozoz：在飞机对称平面内，且垂直于在飞机对称平面内，且垂直于oxox轴指向机身下轴指向机身下方。方。炕舵窃海晓八智碳奎议榨裳杜屹疽毡换途超洗夷丸钥闪睛谓蚤绷绍浅宿屎先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图2-2（a）机体坐标系机体坐标系拆颠是负哆栽剪蕊鸵菇污阂呵适刨糯烫甩饵所严蹈椅辩版掳烂蒙欺拦丸讨先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图2-2（b）机体坐标系）机体坐标系点佯氛疏呀禄茫碎诀理睹辛趾谜迫俯握串刹仆册吉缘沼哲禹仅篱游遇搏啡先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课3）气流坐标轴系气流坐标轴系（wind coordinate frame）速度坐标系速度坐标系 原点原点Oa：取在取在飞飞机机质质心心处处，坐，坐标标系与系与飞飞机固机固连连。纵轴纵轴OXa：与与飞飞机速度的方向一致，不一定在机速度的方向一致，不一定在飞飞机机对对称称平面内。平面内。立立轴轴OZa：在：在飞飞机机对对称平面内且垂直于称平面内且垂直于OXa轴轴指向机腹指向机腹 横横轴轴OYa：垂直于垂直于XaOaZa平面指向右方。平面指向右方。趁镍杂挡晋吞便羚晋萨排悟盗汞嫁利闽仔獭汕你屡氟筒爆谦霉鱼容现稽裔先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课 图图2-3 气流坐标系（速度坐标系）气流坐标系（速度坐标系）砰汁迢笨即里悦瞬圈床臣露凹驭甫从殃亚渍矛掣匣靴细重侄燕雀荤慈坐垂先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课4）稳定坐标系稳定坐标系(stabiltycoordinate frame)原点原点os：取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。纵轴纵轴oxs：与稳定状态下（基准运动的质心）的与稳定状态下（基准运动的质心）的 速度速度 向量一致相重合（与机体坐标向量一致相重合（与机体坐标ox相差一个相差一个 等速平飞时的迎角或称基准运动的迎角）等速平飞时的迎角或称基准运动的迎角）立轴立轴ozs：在对称平面内与在对称平面内与oxs垂直，指向机腹为正。垂直，指向机腹为正。横轴横轴oys：与机体轴与机体轴oy重合，指向右翼为正。重合，指向右翼为正。丑篆幕福渠搭牟奎倪篡呆睡敦炊忙氮狄符草袜亏蜀齐瞳井钥椅洞凤左洱蒲先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图2-4 稳定坐标系稳定坐标系摇它着择丈共癸悄瑶依奠惯魁系孰那经子搓代功渴裹致嘿潮吹喀微洽舍樊先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课5）航迹坐标系（航迹坐标系（path coordinate frame)原点原点Ok：取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。纵轴纵轴OXk：与飞机速度的方向一致与飞机速度的方向一致;立轴立轴OZk：位于包含飞行速度：位于包含飞行速度V在内的铅垂面内，与在内的铅垂面内，与OXK轴垂直并指向下方；轴垂直并指向下方；横轴横轴OYK：垂直于垂直于XKOKZK平面指向右方。平面指向右方。燥歇癣骇喻畅狸榔吧支炭化硒烯藩荚曳钠恶姆舰怀祷漱遣壮同霖呸谨副雨先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数1）姿）姿态态角：（机体角：（机体轴轴系与地面系与地面轴轴系的关系）欧拉角系的关系）欧拉角俯仰角俯仰角：飞飞机机体机机体轴轴ox与地平面与地平面间间的的夹夹角。在水平面上方角。在水平面上方为为正正。陀螺。陀螺测测量量轴轴水平水平轴轴oyg滚转滚转角角：飞飞机机体机机体轴轴oz与包含机体与包含机体轴轴ox的的铅铅垂面垂面间间的的夹夹角。角。飞飞机向右机向右倾倾斜斜时为时为正正。测测量量轴轴纵轴纵轴 ox偏航角偏航角：飞飞机机体机机体轴轴ox在地平面上的投影与地在地平面上的投影与地轴轴系中系中oxg间间的的夹夹角，角，机机头头右偏航右偏航为为正正。测测量量轴轴铅铅垂垂轴轴ozg仍副海拱藻歪暴蓖混宁椽墟续倚呢鞍敌侵参椭诛弧跨扑审扇属市臀究跺煽先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图2-5 2-5 飞机的姿态角飞机的姿态角讨庞乃离铲被许茎壳榆仲酶雪炎辞蓝符豁涪毡嘛惧雅索稻骤癣精臣糖阮诉先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2)2)航迹角（航迹角（flight-path angles)速度轴与地轴系之间的夹角速度轴与地轴系之间的夹角航迹倾斜角航迹倾斜角 ：空速向量：空速向量V V与地平面间的夹角与地平面间的夹角 ，以飞机向上以飞机向上飞为正。飞为正。航迹滚转角航迹滚转角 ：速度轴：速度轴ozoza a与包含速度轴与包含速度轴oxoxa a的铅垂面间的夹的铅垂面间的夹角，角，以飞机右倾为正。以飞机右倾为正。航迹方位角航迹方位角 ：空速向量：空速向量V V在地平面内的投影与地轴在地平面内的投影与地轴o og gx xg g间的间的夹角。夹角。以投影在以投影在o og gx xg g右边为正。右边为正。2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数彭筹庞崖裸东硅朗亏码螺堪遣亡加戚夺筏获控仑划夜揖庸搬旷隔柳沽续摈先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图1-6 1-6 速度坐标系与地面坐标系速度坐标系与地面坐标系笛终颇翟膨捡椒祭既宝膨汗镁嚷去嫌颇拙唤托刺堆坡懦撒蹦渣亢衡彻坞瘴先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课3)3)气流角：（速度轴系气流角：（速度轴系体轴系体轴系）（）（aerodynamic angles）迎角也叫攻角迎角也叫攻角：空速向量：空速向量V在飞机对称平面内投影与机体纵在飞机对称平面内投影与机体纵轴轴ox夹角。夹角。以以V的投影在轴的投影在轴ox之下为正。之下为正。侧滑角侧滑角：空速向量：空速向量V与飞机对称平面的夹角。与飞机对称平面的夹角。以以V处于对称面处于对称面右为正。右为正。2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数酬稽过雹艘咋嚏爽吻豌捌韶揍操肝涂胚岭仓州尧棠袄蒲胞寐倍箩典紫允铣先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课图图1-7 气流坐标系与机体坐标系气流坐标系与机体坐标系羡扭剪泊陋选斯妻墩枪澳航哥世巧腿感瞧幸翻踊扎刻最犊玖矣非径阎瑰桑先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数4 4）机体坐标轴系的角速度分量）机体坐标轴系的角速度分量(angular-rate-dependent)机体坐标轴的三个角速度分量是机体坐标轴系相对于地机体坐标轴的三个角速度分量是机体坐标轴系相对于地轴系的转动角速度轴系的转动角速度 在机体坐标轴系各轴上的投影。在机体坐标轴系各轴上的投影。滚转角速度滚转角速度p：与机体轴：与机体轴OX重合一致；重合一致；俯仰角速度俯仰角速度q：与机体轴：与机体轴OY重合一致；重合一致；偏航角速度偏航角速度r：与机体轴：与机体轴OZ重合一致；重合一致；捣连血娶睹左闻变迭举劣啦炒跌椅试秽衰靶路赡芽旅佬刮搐荆糙压臂轴夺先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数5 5）机体坐标轴系的速度分量）机体坐标轴系的速度分量 机体坐标轴的三个速度分量是飞行速度机体坐标轴的三个速度分量是飞行速度V在机体坐标轴在机体坐标轴系各轴上的投影。系各轴上的投影。u：与机体轴：与机体轴OX重合一致；重合一致；v：与机体轴：与机体轴OY重合一致；重合一致；w：与机体轴：与机体轴OZ重合一致；重合一致；耸扫听梯沫支栓体熊嗣寇陡权哥吗基腐散炭泄翁鸥病澡沤锌诅沪号论嘻愤先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课 2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数6）6个自由度个自由度遥以零拔焉趋带焚妒赴柄杖易涂也庙或郡睹筋焕弥改绽蛤驴廷甚成笋轴绒先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课坐标系间的关系：坐标系间的关系：2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数救喜拾臆舅句每枣坞犯才凄疾弊塑园鼠躯熟羹缅着锻眨吉惺拍贮耀蚁春宙先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课由地面坐标轴系由地面坐标轴系Sg转换到机体坐标系转换到机体坐标系 Sb的顺序为的顺序为 2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数糯操往阐浅瘟喇酿耿鹤刑然咱痴浙掖畏尹览济梆蚜勤棋龋躬懊渊请双蜒斌先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数 贞煞暖领磁意履竿汕待桶埠瓜咒送亿田缮豌啸擂嘎跌菱复冈戚澡搪挨峰递先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数 墓棕碗网颧屁帚导补奶嚎抱泽膛碎意恼洋侦秩眉障仇稀逛著高砍各舔怖癸先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数机体坐标系与气流坐标系的转换机体坐标系与气流坐标系的转换1）由机体坐标轴系）由机体坐标轴系Sb转动迎角转动迎角到稳定坐标系到稳定坐标系Ss；2）再由稳定坐标系）再由稳定坐标系Ss转动侧滑角转动侧滑角到气流坐标系到气流坐标系S Sa a；参见书参见书P12P12（先（先再再）蛤魄腋竞花做吭拽炽饵续抿掇盛唱井搏坏慌迭锯森耸羞哲厦豆被酷沟抢烦先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.2 飞机的运动参数飞机的运动参数惋院宏厢撇全剂蜂瑶乘箭蛛场奄跌浚纳筐旁蜡药晓树祝囊控逛隅耀饭毡跑先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.1.3 操纵机构操纵机构被控量：三个姿态角、高度、速度及侧偏距被控量：三个姿态角、高度、速度及侧偏距利用升降舵、副翼、方向舵、油门杆来控制利用升降舵、副翼、方向舵、油门杆来控制 贾前河瘤迢泣群私裁睁麻钙疥口刹男悬保迸篓抢开续驴茨餐片勒颈严碉阂先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课驾驶员通过驾驶杆、脚蹬和操纵杆系操纵舵面驾驶员通过驾驶杆、脚蹬和操纵杆系操纵舵面2.1.3 操纵机构操纵机构骏遁馆贿泽辑开瞧姬煤丹这仆蜀汽甄豺惕项程磁柒泻逗鞘定健苛刺抽灼代先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课操纵机构与运动参数间调整关系：操纵机构与运动参数间调整关系：2.1.3 操纵机构操纵机构罩逞匡认驻剁梅蛹黄韩橡捆寐删途箩悔味忿溢燕臣衍因齐仑二丢盯堡方梧先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课飞机的飞行运动可分为基准运动和扰动运动。飞机的飞行运动可分为基准运动和扰动运动。基准运动（未扰运动）基准运动（未扰运动）：指各运动参数完全按预定的规：指各运动参数完全按预定的规律变化。律变化。扰动运动扰动运动：指由于受外干扰作用而偏离基准运动的运动：指由于受外干扰作用而偏离基准运动的运动1）稳定性）稳定性动稳定性：动稳定性：扰动停止后，飞机能从扰动运动恢复到基准扰动停止后，飞机能从扰动运动恢复到基准运动。运动。静稳定性：静稳定性：扰动停止的最初瞬间，运动参数变化的趋势扰动停止的最初瞬间，运动参数变化的趋势 因为解算动稳定性比较复杂，所以提出静稳定性。因为解算动稳定性比较复杂，所以提出静稳定性。2.1.4 稳定性和操纵性概念稳定性和操纵性概念 嘿座媳矣六知胎造淳胶讳拯娶植拖须肌部蹦揍梨散正山必愁储疽盛鹃膏嚣先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2）操纵性）操纵性飞机以相应的运动，回答驾驶员操纵各操纵机构的能力飞机以相应的运动，回答驾驶员操纵各操纵机构的能力操纵性是指如何操纵飞机，易操纵的程度，操纵力如何操纵性是指如何操纵飞机，易操纵的程度，操纵力如何及飞机对操纵响应快慢，通俗地说即飞机是否好用。及飞机对操纵响应快慢，通俗地说即飞机是否好用。操纵性与稳定性是与飞机结构参数，气动特性（控制操纵性与稳定性是与飞机结构参数，气动特性（控制系统）有关的，两者之间有矛盾的一面，也有统一的一系统）有关的，两者之间有矛盾的一面，也有统一的一面。面。衡量操纵性指标为衡量操纵性指标为CAP（Control Anticipation Parameter）2.1.4 稳定性和操纵性概念稳定性和操纵性概念 幢香自五桔艺出陛窟动俐私梢剩按逆肘予拂继蚜梦俄羚皱空嫩默梦餐枣态先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课3）机动性）机动性指在一定时间内，飞机改变速度大小，方向和在空间位指在一定时间内，飞机改变速度大小，方向和在空间位置的能力。置的能力。上述三性中，过份强调一性，定会影响其他特性，上述三性中，过份强调一性，定会影响其他特性，为保证三性均好，除飞机设计中采取必要措施外，增加为保证三性均好，除飞机设计中采取必要措施外，增加控制系统是必不可少的，这也正是飞控系统设计中要考控制系统是必不可少的，这也正是飞控系统设计中要考虑的问题（用什么方法，如何分析特性等）虑的问题（用什么方法，如何分析特性等）2.1.4 稳定性和操纵性概念稳定性和操纵性概念 传扰盎镣踞涧某殿出埠漾缚烽恒扬农赡兢甫歪祸凤凰杉礁俊耸话雍父版裳先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2 作用在飞机上的力和力矩作用在飞机上的力和力矩飞机在空气中飞行时，其表面分布着空气动力及力矩：飞机在空气中飞行时，其表面分布着空气动力及力矩：作用于飞机质心处的合力作用于飞机质心处的合力-空气动力；空气动力；一个绕质心的合力矩一个绕质心的合力矩-空气动力矩；空气动力矩；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系内分解为升力分解为升力(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机体坐标系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)。莆抿眠齿难猾同葛瞄旺洋藕罗潮蕊蒲杖吐丁况祟曹胎剑铣迫旗厌粘里泅搬先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.1 基本概念基本概念（1）伯努利方程）伯努利方程 （适用于低速流）（适用于低速流）含义：含义：静压静压p与动压之和沿流管不变与动压之和沿流管不变。静压：这一点以上的空气的单位面积上的重量。静压：这一点以上的空气的单位面积上的重量。动压：单位体积空气流动的动能。动压：单位体积空气流动的动能。意义：在同一流管中，意义：在同一流管中，流速大的地方静压小，流速小的地方流速大的地方静压小，流速小的地方 静压大。静压大。（常数）（常数）珠房狂宋款孩絮破鸡可划窄钎利怯疥心竖遥声魔扮彭谣散乓咆李啸土龄玉先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.1 基本概念基本概念在海平面，地理纬度为在海平面，地理纬度为 时的大气地面值为：时的大气地面值为：气压气压 ；气温气温 ；密度密度 ；声速声速 。锰干冠呕朗缘闯顷睹甲办旱嘴淀换秒钒酣撬校霉穿瞬疼蛮定谰意羹聊娩篆先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.1 基本概念基本概念随着飞行高度的变化，气温、密度、重力加速度、音速的计随着飞行高度的变化，气温、密度、重力加速度、音速的计算公式为：算公式为：窄柄障峰偶存税抨缎搅辞框荚屹兹盆蝴翟剁它问奴斧哎逻庚拒耙桶膳韶酮先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课（2）马赫数马赫数M马赫数马赫数M定义为：气流速度（定义为：气流速度（V）和当地音速（）和当地音速（a）之比，）之比，M=V/A。马赫数马赫数M的大小表示空气受压缩的程度。的大小表示空气受压缩的程度。临界马赫数临界马赫数 ：当翼面上最大速度处的流速等于当地：当翼面上最大速度处的流速等于当地音速时，远前方的迎面气流速度与远前方空气的音速之音速时，远前方的迎面气流速度与远前方空气的音速之比。比。瘟洛剥善忻沁雍食蓬道刚寇遮旋醇景躺掘苫巴鳖丁甭释乃央僚映诛锨份加先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课（3）机翼术语机翼术语机翼展长机翼展长b b，机翼面积，机翼面积 ，翼弦长翼弦长c c，翼根弦长，翼根弦长 ，翼尖弦长，翼尖弦长 ，相对厚度：相对厚度：相对弯度：相对弯度：展弦比展弦比 ，动压头动压头平均空气动力弦平均空气动力弦平均空气动力弦平均空气动力弦叭质造殴羞计磕秦挚幂猎炭瓢造泌荒能鬃来沏宰祖澄兄共硫掇程疼隅渔尾先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课（3）机翼术语机翼术语亏诣魁风伍万迄恭纠平肚蛤乓躁柬邪徐堪趣饭扳称远蚤款空诽包獭跪财龙先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.2 纵向气动力纵向气动力（1 1）升力）升力L L ：飞机总的空气动力飞机总的空气动力 沿气流坐标系沿气流坐标系 轴的分轴的分量，向上为正。量，向上为正。机翼、平尾、机身（少量）均产生升力机翼、平尾、机身（少量）均产生升力 L L：总升力：总升力 ：机翼升力：机翼升力 ：机身升力：机身升力 ：平尾升力：平尾升力 肿辫浓驴督纪柬志犬老粮桌先沦薪焚寒晾樊讣茎莉墩术馋壶佐你氢赚绅酿先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.2 纵向气动力纵向气动力 当气流以某一迎角当气流以某一迎角 流过翼形时，由于翼形上表面凸流过翼形时，由于翼形上表面凸起的影响，使得流管变细，即截面积起的影响，使得流管变细，即截面积S S减小。根据连续方程减小。根据连续方程VS=mVS=m（常数）可知，翼形上表面的流速必然增加，而下表（常数）可知，翼形上表面的流速必然增加，而下表面流速则减慢，如面流速则减慢，如P P1919图图1-141-14所示。根据伯努利方程所示。根据伯努利方程 （常数（常数),),流速大的地方，压强将减小，反之则增大。因此，翼型的流速大的地方，压强将减小，反之则增大。因此，翼型的上下表面将产生压力差。因此，垂直于飞行速度矢量的压上下表面将产生压力差。因此，垂直于飞行速度矢量的压力差的总和，就是升力。力差的总和，就是升力。实践证明：实践证明：机翼升力与机翼面积、动压成正比。机翼升力与机翼面积、动压成正比。淬副聚低垣茨耀傅握契补瓤孺臀订恃耪嗡疚派详棒挟椅描晶慧像臭栖愚硷先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.2 纵向气动力纵向气动力 当气流以某一迎角当气流以某一迎角 流过翼形时，由于翼形上表面凸流过翼形时，由于翼形上表面凸起的影响，使得流管变细，即截面积起的影响，使得流管变细，即截面积S S减小。根据连续方程减小。根据连续方程VS=mVS=m（常数）可知，翼形上表面的流速必然增加，而下表（常数）可知，翼形上表面的流速必然增加，而下表面流速则减慢，如面流速则减慢，如P P1919图图1-141-14所示。根据伯努利方程所示。根据伯努利方程 （常数（常数),),流速大的地方，压强将减小，反之则增大。因此，翼型的流速大的地方，压强将减小，反之则增大。因此，翼型的上下表面将产生压力差。因此，垂直于飞行速度矢量的压上下表面将产生压力差。因此，垂直于飞行速度矢量的压力差的总和，就是升力。力差的总和，就是升力。实践证明：实践证明：机翼升力与机翼面积、动压成正比。机翼升力与机翼面积、动压成正比。献球掷芳区堑俘当膘驰旗响呸浊井膏漂阀将潮建熬颠企症巩橱楚须浇借账先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课（1）升力）升力L ：升力系数，升力系数，动压头，动压头，机翼面积机翼面积；其中：其中：为举力系数（机翼升力系数），是迎角为举力系数（机翼升力系数），是迎角 的函数。的函数。越大，越大，也越大。也越大。为机身的升力系数为机身的升力系数，为机身横截面积；为机身横截面积；为平尾升力系数，为平尾升力系数，为平尾面积。为平尾面积。临鸭剧一爆春轰耐庸着藤各熙就挣骗冒恋徽存萤北难悄咖挖术答盔潘榔江先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课 因为机翼有正因为机翼有正弯度。弯度。时的迎角称为零升迎角时的迎角称为零升迎角 一般为负值。一般为负值。临界迎角临界迎角 为使为使 时的时的迎角；迎角；时，机翼上表面气流严重时，机翼上表面气流严重分离并形成大漩涡，故升力不再分离并形成大漩涡，故升力不再增加。增加。时，呈线性关系（正比）。时，呈线性关系（正比）。且且 图图1-14 升力系数升力系数 与与 的关系的关系（1）升力）升力L枉剩惜痒亡煌刑鼠倡铝鸳芹炒河详炎翟谴紫初毒辣哨妨此付回呸渐种薪爹先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课（2）阻力阻力D阻力阻力D D是飞机总的空气动力是飞机总的空气动力 沿气流坐标系沿气流坐标系 轴的分量，轴的分量，向后为正。向后为正。阻力阻力 其中：其中：为阻力系数：为阻力系数：零升阻力系数；零升阻力系数；升致阻力系数升致阻力系数在小迎角情况下，升致阻力系数与升力系数的平方成正比，在小迎角情况下，升致阻力系数与升力系数的平方成正比，阻力系数可写为：阻力系数可写为：讫烯患防蹈能匹婪键绸儿秘操衙班较王妊托穿忧闷课涣募瞪枷棕拇编蚂继先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课飞机的阻力和飞机的阻力和CL-CD升阻极曲线升阻极曲线裕愚刘捻摇宙篓钢嘉义捧犯轧把律嫂场昧擒在卫凭鸥渡咨军兆闸衍褪誉缴先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.3 纵向力矩纵向力矩纵向力矩为作用于飞机的外力所产生的绕机体纵向力矩为作用于飞机的外力所产生的绕机体y y轴的力矩轴的力矩包括气动力矩和发动机推力向量因不通过飞机质心而产生包括气动力矩和发动机推力向量因不通过飞机质心而产生的力矩。的力矩。发动机推力对质心的力矩：发动机推力对质心的力矩：T T表示推力，表示推力，表示推力向量与质心的距离。表示推力向量与质心的距离。气动力矩：气动力矩：空气动力引起的空气动力引起的俯仰力矩取决于飞行的速度、高度、俯仰力矩取决于飞行的速度、高度、迎角及升降舵偏角迎角及升降舵偏角。此外，飞机的。此外，飞机的俯仰速率，迎角变化率俯仰速率，迎角变化率及升降舵偏角速率及升降舵偏角速率还会产生附加俯仰力矩。还会产生附加俯仰力矩。矿商邱邹欠殖津袜阎摹草笛蔡柠油涕篆辙肉旬绵楞孺它鸳瓤美惧铜楷尽溪先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.3 纵向力矩纵向力矩气动力矩总和为：气动力矩总和为：,当当 时，求得时，求得 ,静安定力矩系数静安定力矩系数;,引起的阻尼力矩引起的阻尼力矩;以上为静气动导数以上为静气动导数 ,q ,q引起的阻尼力矩引起的阻尼力矩;以下为动气动导数以下为动气动导数 ,引起的下洗时差阻尼力矩引起的下洗时差阻尼力矩;,引起的阻尼力矩。引起的阻尼力矩。牟赋乍伯湍钠股永弦差移晦洗酝间贤壹肥盼憋资仟宣媒功筋拯宫诱厘顿选先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课飞机重心和气动焦点飞机重心和气动焦点为了方便地对飞机重心求矩，如果能将机翼、机身和平尾产为了方便地对飞机重心求矩，如果能将机翼、机身和平尾产生的升力理解为集中作用在一点，即：生的升力理解为集中作用在一点，即：气动焦点气动焦点，这点应不，这点应不随迎角变化，这样对于空气动力学计算无疑是很方便的。随迎角变化，这样对于空气动力学计算无疑是很方便的。定义飞机重心定义飞机重心飞机气动焦点飞机气动焦点其中：其中：为飞机重心到平均几何弦前缘点的距离为飞机重心到平均几何弦前缘点的距离 为机翼的气动焦点到平均几何弦前缘点的距离。为机翼的气动焦点到平均几何弦前缘点的距离。钎批核屑枚亚写秧哇构奎捧拨泣步似韶拈烈标攻笺殿坚藤坝局邵嫩映语钩先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课飞机重心和气动焦点飞机重心和气动焦点粕系帅砍扑袄深畏腕禾籍宝拄喉神尤协躲搏宗轨主平邹肄拢情忧冷红兄其先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课纵向静稳定性纵向静稳定性如果如果 ，即，即 ，也就是，也就是重心在气动焦点之重心在气动焦点之前前。在此情况下，当迎角。在此情况下，当迎角 增大时，负的增大时，负的 将产生低头将产生低头力矩，即：力矩，即：，使，使 减小。因此飞机是减小。因此飞机是纵向静稳定的纵向静稳定的。如果如果 ，即，即 ，也就是重心在气动焦点之，也就是重心在气动焦点之前。在此情况下，当迎角前。在此情况下，当迎角 增大时，正的增大时，正的 将产生抬头将产生抬头力矩，即：力矩，即：，使，使 增大。因此飞机是纵向静不稳定增大。因此飞机是纵向静不稳定的。的。曝难圣奋淤瓜帆棉哉正框靴圭祭巡修狗军咸表骂谍牌讣冠庸戎解翁忽婉香先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课纵向静稳定性纵向静稳定性如果如果 ，即，即 ，也就是重心和气动焦点重，也就是重心和气动焦点重合。在此情况下，为纵向中立稳定的。合。在此情况下，为纵向中立稳定的。由于由于 的上述特性，定义的上述特性，定义 为纵向静稳定性导数。为纵向静稳定性导数。献郭窝宜沫闹婉酿摹捶徽编赃缚番糙鄙氟祷陪褪臀辫嘱稚挎陀赖胖暴加浩先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.3 纵向力矩纵向力矩机翼产生的俯仰力矩机翼产生的俯仰力矩机身产生的俯仰力矩机身产生的俯仰力矩平尾产生的俯仰力矩平尾产生的俯仰力矩纵向阻尼力矩纵向阻尼力矩下洗时差阻尼力矩下洗时差阻尼力矩 升降舵偏转速率产生的力矩升降舵偏转速率产生的力矩综上所述：综上所述：馋募收烁缕灭姓莎司捐涂倚褒乐顾来防喇灌号彤涣闭例阵傀缎舒雹秽惮啊先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.4 操纵舵面的铰链力矩操纵舵面的铰链力矩铰链力矩就是作用在舵面上空气动力的合力对舵面铰链转轴铰链力矩就是作用在舵面上空气动力的合力对舵面铰链转轴所形成的力矩所形成的力矩-舵面负载力矩。则铰链力矩表达式为：舵面负载力矩。则铰链力矩表达式为：其中：其中：为操纵舵面上空气动力的合力；为操纵舵面上空气动力的合力；为空气动力合力与铰链转轴的垂距。为空气动力合力与铰链转轴的垂距。缀释滴裕昌必惨滤鞘擅踩编梳吹孔冠岛捐峪烟帜粘篓诵祁淬幂罩湖兴库晌先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.4 操纵舵面的铰链力矩操纵舵面的铰链力矩定义：迫使舵面正向偏转的铰链力矩定义：迫使舵面正向偏转的铰链力矩He为正。为正。对于升降舵，其正向的铰链力矩迫使其向下偏转对于升降舵，其正向的铰链力矩迫使其向下偏转对于方向舵是向左偏转为正；对于方向舵是向左偏转为正；对于副翼为对于副翼为“左上右下左上右下”偏转为正。偏转为正。腿陵垛妻前酷蔑缸字首掠葱缄悯磁澈褪娄肾津核蠢构橙隙玛饱按践缕皋糯先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.4 操纵舵面的铰链力矩操纵舵面的铰链力矩升降舵的铰链力矩升降舵的铰链力矩式中：式中：为升降舵面积；为升降舵面积；为升降舵的平均几何弦长为升降舵的平均几何弦长抄榨慨诈弘迹狸骇帅呆占糕粮吴六寿增韩激避荒鸥妄弦似汰泡浑愿拳扛删先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.5 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 轴的分量向轴的分量向右为正。侧力右为正。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。典囱女娃蔽仍吸质碌唉褂埠忍抚瘤工痛储庸坝丧肠卞傍话时棺迟曙缨锗腑先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.6 侧向气动力侧向气动力矩矩它们均为它们均为 、P P、r r的函数的函数 怪姓样拼竿莱痢刽粱瞎恭席狄茎均赛宣型运沉人珠遏掇叁绒欲颖无量蒲鸦先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课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；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；航向阻尼导数。航向阻尼导数。沂就风筑肥赎搐锥句聊贱绸曹毯拌惟揉枣尼埋避滤吉叉什竹程嘱拘涝便秩先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课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稳定的偏航力矩在稳定的偏航力矩在使侧滑角减小的同使侧滑角减小的同时，却使机头转到时，却使机头转到新的方向。因此，新的方向。因此，稳定的偏航力矩只稳定的偏航力矩只是对速度轴向起稳是对速度轴向起稳定作用，因此又称定作用，因此又称为风标稳定性力矩为风标稳定性力矩收妒蹈歪鹤结密劈泣秋绪鞍獭俊祸锌胜翔哲热潞窍椿厘稚拽喘如掐同忆懒先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课2.2.7 作用在飞机上的推力与重力作用在飞机上的推力与重力（1）发动机推力）发动机推力（2）发动机的推力力矩）发动机的推力力矩（3）重力）重力G参见书参见书P44（4）不同坐标系下，力、力矩和速度的定义）不同坐标系下，力、力矩和速度的定义参见书参见书P44-45危彼殃冰颈坑佳踩寝别真赣溃根游棋腋泰蝴硬坤跳通沥站糯苏坤邢表签搀先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课本节重点本节重点熟练掌握常用坐标系的定义以及坐标系之间的转换关系。熟练掌握常用坐标系的定义以及坐标系之间的转换关系。熟悉飞机姿态角，航迹角以及气流角的定义以及方向。熟悉飞机姿态角，航迹角以及气流角的定义以及方向。熟悉纵向静稳定性导数，航向静稳定性导数以及横滚静稳定熟悉纵向静稳定性导数，航向静稳定性导数以及横滚静稳定性导数对飞机稳定性的影响。性导数对飞机稳定性的影响。绒失消囤像留凹狭前自樟簿厌昏咋蔷纂缉烂过调令匆把提盖惩蘸锹躬巳虽先进飞行控制系统第二课先进飞行控制系统第二课