1、飛行力學習題課飛行力學習題課( (二二) )2012年5月28日黃成濤本堂內(nèi)容本堂內(nèi)容（一）習題講解：7-10章（二）第二次實驗課安排（三）考前答疑安排7.1 7.1 何謂飛行器全機焦點？分析影響焦點何謂飛行器全機焦點？分析影響焦點位置的主要因素。位置的主要因素。 全機焦點取決于機翼焦點以及機身和平尾引起的焦點變化量，機身使焦點前移，平尾使焦點后移，因此焦點位置與飛機的氣動布局有關。 焦點位置還與Ma有關，亞音速時焦點位于平均氣動弦前緣0.230.24，Ma數(shù)變化，全機焦點變化不大；跨音速時，Ma增加，全機焦點迅速后移；超音速時焦點接近平均氣動弦中點，Ma變化時機翼焦點變化不大。 全機焦點（氣

2、動中心）為迎角變化時全機升力增量的作用點。當迎角變化時，氣動力對焦點的力矩不變。7.2 7.2 何謂飛行器的縱向定速靜穩(wěn)定性和定何謂飛行器的縱向定速靜穩(wěn)定性和定載靜穩(wěn)定性？載靜穩(wěn)定性？ 定速靜穩(wěn)定性：給定速度和升降舵偏角，飛機在某一平衡狀態(tài)受到擾動，迎角發(fā)生變化，擾動消除后，飛行器將產(chǎn)生使迎角恢復到原有平衡狀態(tài)迎角的力矩。 定速靜穩(wěn)定條件：0,0mmLCCC焦點LCCGMbx 定載靜穩(wěn)定性：飛機受擾動后，迎角和速度均發(fā)生變化，在滿足1g過載的情形下，飛機是否具有恢復原有平衡狀態(tài)的趨勢。 定載靜穩(wěn)定條件：7.27.2跨音速時此項為大的負值 0120mLmLLmndCdCCCMaCCMa 跨音速時

3、，dCm/dCL0，飛機為定載靜不穩(wěn)定7.3 7.3 說明飛行器在跨聲速區(qū)飛行時出現(xiàn)說明飛行器在跨聲速區(qū)飛行時出現(xiàn)“自自動俯沖動俯沖”現(xiàn)象的物理原因。現(xiàn)象的物理原因。 在跨音速區(qū)域飛行時，飛機速度增加時，氣動壓力中心迅速后移，產(chǎn)生大的低頭力矩，而飛機此時為定載靜不穩(wěn)定，低頭后會產(chǎn)生使低頭趨勢進一步加劇的氣動低頭力矩，因而會出現(xiàn)“自動俯沖”現(xiàn)象。1()2nmmamnLLLadCCMCdCCCMmaCM1()0nmnLdCdC跨音速區(qū)為大的負值， 靜載定不穩(wěn)定飛機在高空進入超音速飛行的過程中，飛行員一般不會刻意操縱升降舵使飛機配平，飛機經(jīng)歷自動俯沖加速后，待速度增加到一定程度時自動恢復平衡。（P2

4、20圖7.13）7.4 7.4 根據(jù)風洞數(shù)據(jù)確定飛機的靜穩(wěn)定導數(shù)；根據(jù)風洞數(shù)據(jù)確定飛機的靜穩(wěn)定導數(shù)； 求質(zhì)心的相對移動量。求質(zhì)心的相對移動量。由于縱向力矩系數(shù)與迎角成線性關系：0mmmCCC代入迎角為4和6時的氣動力矩系數(shù)：004/57.30.0056/57.30.025mmmmCCCC可解得：00.57301 rad0.0350mmCC 零迎角俯仰力矩系數(shù)縱向靜不穩(wěn)定靜穩(wěn)定導數(shù)：0.1632mLmLCCCC7.47.4mLcgCCxcgxLC0mCacxcgxcgx如果迎角為0時升力系數(shù)CL0=0，則迎角為4：飛機質(zhì)心移動時，升力特性并不會發(fā)生變化。 0044/57.30.2450LLLLL

5、CCCCC壓力中心7.47.4重心移動量為：0.0250.0050.2450.0816cgmLxCC 由于重心移動使俯仰力矩增大，因此可推測，重心向前移動了0.0816如果迎角為0時升力系數(shù)CL0不為零，則計算結果會有所變化，但方法一樣。重心移動后，變化的量：與力矩有關的量Cm 不變的量：焦點位置、升力曲線8.1 8.1 方向舵固定在中立位置時，方向舵固定在中立位置時，Cn曲線為什么曲線為什么常通過原點，呈反對稱變化？偏轉(zhuǎn)方向舵時，如常通過原點，呈反對稱變化？偏轉(zhuǎn)方向舵時，如在氣動力線形變化范圍，則曲線如何變化？在氣動力線形變化范圍，則曲線如何變化？ 方向舵固定在中立位置時，通常情況飛機左右完

6、全對稱，=0時不產(chǎn)生偏航力矩，因此Cn曲線常通過原點。 飛機航向靜穩(wěn)定時，0時產(chǎn)生正的偏航力矩；0時，航向靜穩(wěn)定，該穩(wěn)定性導數(shù)主要由垂尾提供。無尾飛翼布局飛機,無垂尾,可能呈航向弱靜不穩(wěn)定。8.2 8.2 橫向靜穩(wěn)定性橫向靜穩(wěn)定性 橫向靜穩(wěn)定性：飛機在平衡狀態(tài)下受到非對稱的外界擾動，產(chǎn)生小量滾轉(zhuǎn)角,若0，擾動消失后，重力和升力的分量使飛機產(chǎn)生右側(cè)滑0，駕駛員不施加操縱時，飛機上將產(chǎn)生負的滾轉(zhuǎn)力矩使飛機機翼保持水平。8.2 8.2 橫向靜穩(wěn)定性橫向靜穩(wěn)定性LMC注意：滾轉(zhuǎn)角的消除是通過側(cè)滑間接消除的，因為滾轉(zhuǎn)角并不直接引起氣動力矩的變化。 影響因素：Cl0， 飛機為縱向靜不穩(wěn)定，并且，如果質(zhì)心在

7、握桿機動點之后，飛機的短周期模態(tài)將不穩(wěn)定。飛機難以操縱，必須借助增穩(wěn)系統(tǒng)對飛機進行操控。0mLCCG焦點在重心之前LM放寬靜穩(wěn)定性，Cm0，為改善飛機的縱向穩(wěn)定性，使飛機具有良好的縱向飛行品質(zhì)，可選擇迎角作為反饋參數(shù)，即：9.59.5飛機K+ee c增穩(wěn)器原理放寬靜穩(wěn)定性，選擇迎角作為反饋參數(shù)： 000emm em emmm em emm eKKCCCKCCK CCCK C 一般取反饋系數(shù)其中：則：9.59.5某些情況下也可采用法向過載作為反饋參數(shù)，法向過載一般與迎角（升力）是對應的。9.59.5飛機縱向阻尼的改善一般通過反饋俯仰角速率。000eqqmm em eqmqmqm em emqqm

8、 eK qKCCCK qCCqK CCCK C 一般取反饋系數(shù)其中：則：飛機Kq+ee cq阻尼器原理10.210.2試說明橫航向擾動典型模態(tài)的特點、物試說明橫航向擾動典型模態(tài)的特點、物理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導數(shù)。理成因以及影響模態(tài)特性的主要氣動導數(shù)。滾轉(zhuǎn)模態(tài)：主要表現(xiàn)為飛機滾轉(zhuǎn)角速度 和滾轉(zhuǎn)角 的迅速變化，而其他參數(shù)變化很小。一般來說，飛機的滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動慣量 通常比偏航轉(zhuǎn)動慣量 小得多，在外界的擾動下，飛機很容易產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)，而不太容易產(chǎn)生偏航。并且滾轉(zhuǎn)阻尼導數(shù) 較大，使運動很快衰減。影響該模態(tài)的主要氣動導數(shù) pxIzIpLlpC螺旋模態(tài)：主要表現(xiàn)為擾動運動后期偏航角和滾轉(zhuǎn)角單調(diào)而緩慢的變

9、化。原因：擾動后期參數(shù) 、 、 的變化均很小，因而作用在飛機上的側(cè)力和橫航向力矩也很小，加上飛機的偏航轉(zhuǎn)動慣量 較大，而偏航阻尼力矩又較小。影響參數(shù)： przIlCnClrCnrC荷蘭滾模態(tài)：飛機一面來回滾轉(zhuǎn)，一面左右偏航，同時帶有側(cè)滑。主要原因：假定飛機受到一個向右滾轉(zhuǎn)的擾動，因而出現(xiàn)正的側(cè)滑角，同時產(chǎn)生兩個靜穩(wěn)定力矩L和N，L使飛機左滾，滾轉(zhuǎn)角減小，N使飛機右偏航，逐漸減小。飛機在滾轉(zhuǎn)和偏航的過程中，由于阻尼力矩Lpp和Nrr的作用，使p和r不斷降低。另外，產(chǎn)生的交叉力矩Lrr和Np p可能對運動起激勵作用也可能起阻尼作用，視交叉導數(shù)的符號而定。當飛機恢復到滾轉(zhuǎn)角為零時，但一般p不為零，因

10、此飛機又繼續(xù)左滾轉(zhuǎn)，繼而左側(cè)滑。 受影響氣動導數(shù)：Cn和Cl起恢復作用；Cnr和Clq起阻尼作用；交叉力矩導數(shù)Cnq和Clr作用與其符號有關。10.210.210.4 10.4 試求震蕩模態(tài)為中立穩(wěn)定時試求震蕩模態(tài)為中立穩(wěn)定時E E的值，并的值，并近似確定螺旋模態(tài)的特征根近似確定螺旋模態(tài)的特征根. .4325.811.872.60E震蕩模態(tài)（荷蘭滾模態(tài)）中立穩(wěn)定時，r=di432224322225.811.872.60rsdrsrsdrsdrsdE 10.410.42225.811.872.6rsrsdrsdrsdE 解得：8.980.121sE 在得到E之后，由于螺旋模態(tài)的特征根為小的實數(shù)，

11、忽略掉高階項，得： 誤差較小0.12472.6sE 0.18020.051210.019772.88731.73060.538409.30610.06220.33060010.05120A10.510.51.08300.01890.57063.5140rsdri 四階方程近似計算10.510.51.7306rPL 0.0275rrsppg L NL NVL NL NgL ,3.06040.08372n drrrrdrn drNN YN YNY 2,10.25633.0497drdrn drn drdri 實驗課安排實驗課安排實驗內(nèi)容：飛機典型運動模態(tài)激發(fā)實驗地點：新主樓C座709實驗分組：每兩到三人一小組，共用一臺飛行模擬計算機，需自帶優(yōu)盤保存實驗數(shù)據(jù)，每組實驗時間45分鐘 。實驗時間：本周五（6月1日），上午10：0013