飛行器操縱性穩(wěn)定性2.橫航向平衡

1、第二章橫側(cè)運(yùn)動中，作用在飛機(jī)上的空氣動力和力矩及其平衡2-1軸系和符號氣流坐標(biāo)系與半機(jī)體坐標(biāo)系原點(diǎn)：重心氣流坐標(biāo)系方向： x:速度方向 y:垂直于xz向右 z:對稱平面內(nèi)垂直于xa軸向下半機(jī)體坐標(biāo)系方向： x:速度在對稱面內(nèi)的投影 y:垂直于對稱面向右 z:對稱平面內(nèi)垂直于x向下迎角與側(cè)滑角定義迎角速度矢量在對稱面內(nèi)投影與體軸x軸夾角a-180180側(cè)滑角速度矢量與對稱面的夾角b-9090穩(wěn)定性坐標(biāo)系原點(diǎn)：重心方向： x:未受擾動的速度在對稱面內(nèi)的投影 y:垂直于對稱面向右 z:對稱平面內(nèi)垂直于x向下方向與未受擾動之前的半機(jī)體坐標(biāo)系相同。原點(diǎn)為重心。橫航向舵面及橫航向參數(shù)副翼通常位于機(jī)翼后緣外

2、側(cè)用于產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)操縱左右反向偏轉(zhuǎn)右副翼后緣下偏為正用da表示方向舵垂尾后緣主要用于產(chǎn)生偏航力矩后緣左偏為正用dr表示擾流板機(jī)翼上表面?zhèn)然?b，右側(cè)滑為正滾轉(zhuǎn)力矩L，Cl，右滾為正偏航力矩N，Cn，右偏航為正側(cè)力Y，CY，向右為正滾轉(zhuǎn)角速率p，右滾為正偏航角速率r，右偏航為正2-2定常直線側(cè)滑飛行中，作用在飛機(jī)上的側(cè)力、橫側(cè)力矩及其平衡橫側(cè)力矩和側(cè)力曲線側(cè)力系數(shù)向右為正滾轉(zhuǎn)力矩右滾為正偏航力矩右偏航為正橫向靜穩(wěn)定性右滾擾動重力分量右側(cè)滑b0Clb0Clb0右滾左滾不穩(wěn)定穩(wěn)定橫向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)：ClbClb0Cnb0Cnb0穩(wěn)定定直側(cè)滑的滾轉(zhuǎn)力矩機(jī)翼上反角后掠角機(jī)翼翼尖的形狀機(jī)身翼身干擾垂直尾翼上反

3、效應(yīng)上反角起橫向靜穩(wěn)定作用，叫做上反效應(yīng)機(jī)翼后掠的影響后掠角產(chǎn)生橫向靜穩(wěn)定性翼尖形狀的影響機(jī)身的滾轉(zhuǎn)力矩上單翼產(chǎn)生靜穩(wěn)定性垂直尾翼的滾轉(zhuǎn)力矩垂尾產(chǎn)生靜穩(wěn)定性后掠角：后掠靜穩(wěn)定上反角：上反靜穩(wěn)定翼尖形狀：靜穩(wěn)定橫向靜穩(wěn)定性垂尾：靜穩(wěn)定翼身干擾：上單翼靜穩(wěn)定機(jī)身的側(cè)力垂直尾翼的側(cè)力合側(cè)力導(dǎo)數(shù)偏航力矩機(jī)翼上反角后掠角機(jī)身垂直尾翼上反角產(chǎn)生的偏航力矩右側(cè)滑左機(jī)翼迎角減小左機(jī)翼升力減小左機(jī)翼阻力減小右偏航力矩靜穩(wěn)定右機(jī)翼迎角增大右機(jī)翼升力增大右機(jī)翼阻力增大后掠角產(chǎn)生的偏航力矩右側(cè)滑左機(jī)翼升力減小左機(jī)翼阻力減小右偏航力矩靜穩(wěn)定右機(jī)翼升力增大右機(jī)翼阻力增大機(jī)身與垂尾的偏航力矩垂尾：航向靜穩(wěn)定機(jī)身：不定風(fēng)標(biāo)靜

4、穩(wěn)定性副翼(aileron)產(chǎn)生的橫側(cè)力矩右副翼下偏為正較小副翼偏轉(zhuǎn)對滾轉(zhuǎn)力矩曲線的影響不利偏航da0左副翼上偏左翼升力減小左機(jī)翼阻力減小右偏航力矩右副翼下偏右翼升力增大右機(jī)翼阻力增大左滾力矩b0解決方法：差動副翼方向舵(rudder)產(chǎn)生的力與力矩方向舵左偏為正橫航向力矩的結(jié)論力和力矩與側(cè)滑成線性關(guān)系（小迎角區(qū)）；滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩系數(shù)隨著側(cè)滑角變化分別為橫向和航向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)；橫向靜穩(wěn)定性由上反角、后掠角、垂尾等產(chǎn)生；航向靜穩(wěn)定性主要由垂直尾翼產(chǎn)生；偏轉(zhuǎn)副翼主要產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩，偏航力矩很??；偏轉(zhuǎn)方向舵主要產(chǎn)生偏航力矩，也有滾轉(zhuǎn)力矩。橫側(cè)導(dǎo)數(shù)正常機(jī)翼的貢獻(xiàn)機(jī)身垂尾后掠上反翼尖Clb橫向靜穩(wěn)定性

5、增加增加增加上單翼靜穩(wěn)定靜穩(wěn)定Cnb航向靜穩(wěn)定性增加增加不定靜穩(wěn)定Cyb增加增加正常CldaCndaCldrCndr側(cè)風(fēng)著陸定常側(cè)滑的力與力矩平衡體軸系y方向受力正常操縱要求：橫側(cè)平衡曲線右側(cè)滑右滾右壓桿左蹬舵抵消側(cè)力抵消左滾力矩抵消右偏力矩壓縮性對橫向靜穩(wěn)定性的影響壓縮性對航向靜穩(wěn)定性的影響副翼反操縱 為在右側(cè)滑中配平，需要右壓桿，右副翼上偏某些飛機(jī)跨音速或超音速區(qū)，橫向靜不穩(wěn)定，Clb0，或不能滿足為右側(cè)滑，需要左壓桿，副翼反操縱蹬舵反傾斜蹬左舵方向舵左偏右滾橫向靜穩(wěn)定右側(cè)滑左偏航左滾由于橫向靜穩(wěn)定性Clb，使飛機(jī)蹬左舵對應(yīng)左滾，蹬右舵右滾。如果橫向靜穩(wěn)定性不足，則可能產(chǎn)生蹬舵反傾斜。右側(cè)

6、力副翼操縱反效機(jī)翼扭轉(zhuǎn)解決方法：內(nèi)側(cè)副翼，襟副翼不對稱動力飛行b、da、dr、f 四個(gè)變量確定b、f 中一個(gè)即可求解2-3定常曲線飛行中，作用在飛機(jī)上的橫側(cè)力矩及其平衡滾轉(zhuǎn)阻尼滾轉(zhuǎn)阻尼和交叉力矩滾轉(zhuǎn)阻尼導(dǎo)數(shù)航向交叉導(dǎo)數(shù)機(jī)翼垂尾機(jī)翼機(jī)翼自轉(zhuǎn)小迎角區(qū)Clp0機(jī)翼自轉(zhuǎn)進(jìn)入尾旋偏航阻尼偏航阻尼和交叉力矩偏航阻尼導(dǎo)數(shù)橫向交叉導(dǎo)數(shù)垂尾機(jī)翼垂尾機(jī)身橫側(cè)導(dǎo)數(shù)正常機(jī)翼的貢獻(xiàn)機(jī)身垂尾某飛機(jī)參數(shù)后掠上反翼尖Clb橫向靜穩(wěn)定性增加增加增加上單翼靜穩(wěn)定靜穩(wěn)定-.001115Cnb航向靜穩(wěn)定性增加增加不定靜穩(wěn)定0.002479Cyb增加增加-0.01425正常某飛機(jī)參數(shù)Clda副翼操縱導(dǎo)數(shù)-0.001096Cnda0Cl

7、dr0.000174Cndr方向舵操縱導(dǎo)數(shù)-0.000838正常某飛機(jī)參數(shù)Clp滾轉(zhuǎn)阻尼-0.182699 Cnp航向交叉0.061831 Clr橫向交叉0.078902 Cnr偏航阻尼-0.534032 橫航向合力矩定常曲線飛行的力矩平衡力矩分解：定常側(cè)滑的力矩旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩增量穩(wěn)定橫滾單自由度滾轉(zhuǎn)，不考慮偏航與側(cè)滑，僅偏轉(zhuǎn)副翼規(guī)范對戰(zhàn)斗機(jī)滾轉(zhuǎn)性能的要求： 中速 低速及高速90 1 s 1.4 s180 1.6 s 2.3 s360 2.8 s 4.1 s副翼是角速度操縱正常盤旋側(cè)滑角為零的定常盤旋正常盤旋的力平衡體軸系力方程：地軸系鉛垂方向力平衡：法向過載：正常盤旋保持右正常盤旋：左壓桿右

8、蹬舵拉桿正常盤旋保持右正常盤旋：左壓桿右蹬舵拉桿進(jìn)入右正常盤旋：右壓桿拉桿ARI：副翼方向舵交聯(lián)，Aileron Rudder Interactive現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)上，用來自動偏轉(zhuǎn)方向舵協(xié)調(diào)操縱以減小側(cè)滑2-4定常飛行中，副翼和方向舵的平衡桿力副翼鉸鏈力矩副翼鉸鏈力矩方向舵鉸鏈力矩小結(jié)橫側(cè)運(yùn)動中，同時(shí)產(chǎn)生橫航向的力與力矩；橫向靜穩(wěn)定性主要由機(jī)翼上反角、后掠角、垂直尾翼產(chǎn)生；航向靜穩(wěn)定性主要由垂尾產(chǎn)生；定常曲線運(yùn)動中，存在阻尼力矩與交叉力矩，主要由機(jī)翼與垂尾產(chǎn)生；橫側(cè)力和力矩通過協(xié)調(diào)偏轉(zhuǎn)副翼與方向舵平衡；飛機(jī)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臋M航向靜穩(wěn)定性?？v向與橫向?qū)Ρ软?xiàng)目縱向橫航向飛機(jī)運(yùn)動繞y軸轉(zhuǎn)動繞x、z轉(zhuǎn)動典型運(yùn)

9、動對稱定直平飛拉升運(yùn)動定常直線側(cè)滑正常盤旋穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)氣動導(dǎo)數(shù)穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)縱向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)CmCL取決于焦點(diǎn)與重心位置影響的主要部件：平尾平尾作用3：改變俯仰力矩曲線斜率橫向靜穩(wěn)定性Clb原理部件：機(jī)翼、垂尾、翼身干擾航向靜穩(wěn)定性Cnb原理、概念部件：垂尾、機(jī)身操縱導(dǎo)數(shù)Cmde平尾后緣下偏為正平尾作用2：偏轉(zhuǎn)平尾使飛機(jī)在不同迎角下取得俯仰力矩平衡Clda：右副翼下偏為正、穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)Cndr：方向舵左偏為正Cnda：不利偏航、差動副翼操縱反常：副翼反操縱、蹬舵反傾斜、副翼操縱反效縱向與橫向?qū)Ρ软?xiàng)目縱向橫航向氣動導(dǎo)數(shù)阻尼導(dǎo)數(shù)俯仰阻尼導(dǎo)數(shù)Cmq影響的主要部件：平尾滾轉(zhuǎn)阻尼導(dǎo)數(shù)Clp，交叉Cnp部件：機(jī)翼洗流時(shí)差導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生原因：平尾位置航向阻尼導(dǎo)數(shù)性Cnr，交叉Clr部件：機(jī)翼、垂尾平衡曲線定義對稱定直平飛，平衡的de-CL、de-V定直側(cè)滑中，平衡的b-f、da-f、dr-f平衡方程曲線要求de-CL斜率為負(fù)、 de-V斜率為正b-f斜率正、da-f斜率負(fù)、dr-f斜率正設(shè)計(jì)措施重心在焦點(diǎn)之前縱向與橫向?qū)Ρ软?xiàng)目縱向橫航向重要概念阻尼導(dǎo)數(shù)