飛機在空中運動的自由度空氣動力和空氣動力參數主講人：徐峰《飛行原理》目錄contents01.飛機在空中運動的自由度02.空氣動力和空氣動力參數飛機在空中運動的自由度飛機在空中運動的自由度確定飛機在空中運動特性的基本方法是把飛機看作一個剛體(不考慮機體的彈性變形)，全部質量都集中在飛機重心上,用飛機重心的運動軌跡代替整架飛機的運動軌跡。這樣，飛機的任何一種運動都可以分解成全機隨著重心的移動和繞重心的轉動。飛機機體以及飛機上裝載的所有設備、燃油、貨物、乘員等的重力之和叫做飛機的重力，用符號W表示。飛機重力的作用點叫做飛機的重心。因為飛機機體結構和機上裝載基本左右對稱,所以，飛機重心在機體對稱面內。飛機在空中運動的自由度“”研究飛機運動時選取機體坐標O(Xt

Yt

Zt)是與機體固連，隨機體一起運動的坐標系。它的原點位于飛機的重心O，Oxt，稱為縱軸，平行于機身軸線,指向機頭；OYt，稱為立軸(豎軸)，在飛機對稱面內，垂直于Oxt，軸，指向座艙上方；0Zt，稱為橫軸，垂直飛機對稱面，指向右翼，如圖所示。飛機機體坐標系飛機在空中運動的自由度飛機重心移動的自由度有三個：分別是沿X軸、Y軸和Z軸的平移；機體繞重心轉動的自由度也有三個：分別是繞X軸的滾轉、繞Y軸的偏航和繞Z軸的俯仰。如圖所示。這樣，飛機在空中運動的自由度共有六個。飛機繞全機重心轉動的三個自由度（a）滾轉（b）偏航（c）俯仰空氣動力和空氣動力參數空氣動力和空氣動力參數空氣動力是飛機相對空氣有運動速度時,空氣作用在飛機機體上的力。在本章中，要講述的是飛機飛行運動的規律，而作用在飛機表面上的氣動載荷的大小、分布及其變化規律對飛機的飛行運動起著決定性的作用。和研究飛機運動規律的方法相對應,我們將分布作用在飛機機體.上的氣動載荷向全機的重心簡化，得到一個作用在全機重心的合力和一個合力矩。這一合力和合力矩對飛機隨全機重心移動和繞重心轉動的剛體運動效果,與作用在機體，上的分布氣動載荷的效果完全相同,卻可以使問題的研究大大簡化?？諝鈩恿涂諝鈩恿底饔迷陲w機重心的氣動力合力是一個矢量，可以將它分解為升力、阻力和側向力。分別用L、D、Z來表示。氣動力三個分量的表達式分別為：式中:CL、CD、CZ是全機氣動力系數。分別為升力系數、阻力系數和側向力系數。都是無量綱量；（1/2）ρυ2是飛機飛行的動壓；S是機翼的面積?？諝鈩恿涂諝鈩恿?/p>

按照前面的講述，氣動升力L應該在垂直流方向上，阻力D應該在平行來流的方向上，而側向力Z應該在垂直升力和阻力的方向上。所以，將作用在飛機重心的氣動力合力分解為升力、阻力和側向力時，應選取以全機重心為原點的氣流坐標系。氣流坐標系的縱軸Xq沿來流方向指向前，立軸Yq在飛機對稱面內，垂直于縱軸Xq，指向飛機的上方，橫軸Zq垂直于縱軸和立軸組成的平面，指向飛機的右側。但在絕大多數的飛行情況中，飛機不會相對空氣產生側向運動，也就是說，相對來流都在機體的對稱面內，基本是沿機體縱坐標OXt方向，即使與縱坐標軸OXt之間有夾角,角度也比較小?？諝鈩恿涂諝鈩恿禋鈩恿ο蝻w機重心簡化得到的合力矩Mx。合力矩是一個矢量，沿機體坐標系分為三個矢量，分別是:沿Xt軸的分量，使飛機繞Xt軸產生滾轉運的滾轉力矩Mx；沿Yt軸的分量，使飛機繞Yt軸產生偏航運動的偏航力矩My；和沿Zt軸的分量，使飛機繞Zt軸俯仰運動的俯仰力矩Mz?？諝鈩恿涂諝鈩恿凳街?Mx、My、Mz分別是滾轉力矩、偏航力矩和俯仰力矩;mx,my,mz為全機氣動力矩系數，分別是滾轉力矩系數、偏航力矩系數和俯仰力矩系數，都是無量綱量；(1/2)ρυ2為飛機飛行的動壓；

S為機翼