空气动力学基础04飞机的稳定性和操纵性讲解学习.ppt

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1、空气动力学基础04飞机的稳定性和操纵性4.1飞机运动参数4.1.1飞机在空间的姿态飞机在空间的姿态可用机体坐标系与地面坐标系之间的方向关系来确定，并用姿态角表示出来Axdydzd地面坐标系原点A位于地面任意选定的某一固定点Ayd轴铅垂向上Axd、Azd轴在水平面内并互相垂直Axd轴指向地面内某一选定的方向描述飞机在空中姿态的姿态角有：俯仰角ν机体坐标系纵轴Ox与水平面Axdzd之间的夹角。规定当机头上仰时ν角为正。偏航角ψ机体坐标系纵轴Ox在水平面Axdzd上的投影与地面坐标系Axd轴之间的夹角。规定当飞机向左偏航时ψ角为正。滚转角γ飞机

2、对称面Oxy与包含Ox轴的铅垂面之间的夹角。规定当飞机向右滚转时γ角为正。4.1.2空速向量相对机体的方位空速向量相对机体的方位可以用两个方位角表示：迎角α空速向量在飞机对称面Oxy上的投影与机体坐标系纵轴Ox之间的夹角。规定投影线在Ox轴下方时α角为正。侧滑角β空速向量与飞机对称面Oxy之间的夹角。规定空速向量偏向右侧时β角为正。飞行中，空速向量一般都在飞机对称面内，侧滑角β=0，以防止增加阻力。4.2飞机稳定性和操纵性的基本概念4.2.1飞机的稳定性处于平衡状态的物体，受到外界扰动，偏离了平衡位置，当扰动消失后，物体能否自动恢复到原始

3、的平衡位置，取决于物体的平衡状态是否具有稳定性。稳定性分类飞机的稳定（安定）性分为静稳定性、动稳定性飞机的静稳定性：飞机具有自动恢复到原平衡位置的趋势纵向静稳定性：反映飞机在俯仰方向的稳定特性侧向静稳定性：反映飞机的滚转稳定特性方向静稳定性：反映飞机的方向稳定特性飞机的动稳定性：能自动恢复到原平衡位置小球的平衡状态放在三种不同形状光滑表面上的小球的平衡状态。如果小球受到扰动偏离了平衡位置，当扰动消失后：（a）图中的小球经过振荡会自动回到原始平衡位置，它的平衡状态具有稳定性；（b）图中的小球，会越来越偏离原始平衡位置，它的平衡状态具有不稳定

4、性；（c）图中的小球会停留在任意一个外界扰动使它达到的位置，它的平衡状态具有中立稳定性。飞机的稳定性静稳定性研究外界扰动消失后，物体是否有回到原始平衡位置的趋势，也就是扰动消失后，物体的瞬间运动。动稳定性研究外界扰动消失后，物体回到原平衡位置的运动过程：扰动是收敛的，物体最终回到原始平衡位置，物体具有动稳定性，否则就是动不稳定的。平衡稳定状态静稳定的问题具有静稳定性是平衡状态具有稳定性的必要条件，但并不充分，只有具有动稳定的平衡状态才是真正稳定的。飞机在飞行中的平衡状态是定常直线（匀速直线）飞行，作用在飞机上所有外力和外力矩都是平衡的。飞

5、机在飞行中会受到各种扰动，比如突风引起飞机的迎角和速度的改变、气流使舵面发生了小偏转等，这时作用在飞机上的气动力和力矩也会发生变化，破坏了飞机原始的平衡状态。当扰动消失后，飞机能否自动地回到原平衡状态，就是飞机是否具有稳定性的问题。不稳定或中立的飞机是不适合飞行的。执行飞行任务的飞机必须具有一定的稳定性。4.2.2飞机的操纵性飞机的操纵性：飞机在驾驶员操纵下，从一种飞行状态过渡到另一种飞行状态的特性。对于驾驶员的操纵反应过于灵敏或过于迟钝的飞机都会给飞机的飞行操纵带来困难飞机的操纵性分类纵向操纵性飞机按照驾驶员的操纵指令，绕横轴转动，增大

6、或减少迎角，改变原飞行姿态的能力。侧向操纵性飞机按照驾驶员的操纵指令，绕纵轴滚转，改变原飞行姿态的能力。方向操纵性飞机按照驾驶员的操纵指令，绕立轴转动，向左或向右偏转，改变原飞行姿态的能力。4.3飞机的纵向稳定性4.3.1飞机的纵向静稳定性4.3.2飞机的纵向动稳定性4.3.1飞机的纵向静稳定性定义如果处于平衡状态的飞机受到微小扰动时，其迎角发生变化，在扰动消失后，飞机在驾驶员不施加操纵的情况下依靠自身的特性，具有恢复到原来平衡迎角的趋势。飞机具有纵向稳定性的原因是：飞机受到微小扰动后迎角改变附加升力(改变量)俯仰稳定力矩(恢复

7、力矩)具有恢复到原来平衡迎角的趋势1.飞机的纵向力矩和纵向平衡（1）飞机的纵向力矩纵向力矩就是使飞机绕横轴OZt转动的俯仰力炬，用Mz表示。规定使飞机抬头的Mz为正值，否则为负值。飞机是由机翼、机身、尾翼以及动力装置等部件组成，每个部件上的气动力及发动机推力都对飞机产生纵向力矩。全机纵向力矩等于机翼、机身、尾翼等部件上的气动力及发动机推力产生的纵向力矩之和。（2）飞机的纵向平衡飞机的纵向力矩Mz=0，即俯仰力矩系数Cmz=0，没有外界扰动的话飞机不会绕横轴OZt产生俯仰运动，飞行迎角不会变化。对飞机纵向力矩起主要作用的是机翼、水平尾翼的

8、气动升力和发动机的推力。如果不考虑发动机的影响，机翼和水平尾翼的气动开力对飞机纵向平衡的影响如所示：一般机翼的压力中心在飞机重心之后，机翼上的气动升力对飞机产生使机头向下的俯仰力矩（-Mz）。