飞机空气动力学课件：飞机的平衡、稳定与操纵.pptxVIP

飞机的平衡、稳定与操纵《飞机空气动力学》

目录16.1飞机飞行的自由度16.2飞机的平衡16.8有害偏航力矩16.4飞机静态稳定问题的分类与设计16.5飞机飞行的动态稳定16.3飞机飞行的稳定性16.7飞机的飞行操纵16.6飞机的操纵性16.9副翼反逆

16.1飞机飞行的自由度

16.1飞机飞行的自由度如图16-1所示，飞机是三维空间的自由体，在空中的一切运动，无论怎样错综复杂，都可视为随着重心移动与绕着重心转动。从图中可以看出，飞机随着重心的运动分别是沿着纵轴(X轴)、垂直轴(Y轴)以及横轴(Z轴)，绕着重心的转动则是绕着纵轴、垂直轴以及横轴所以飞行的运动共有6个自由度，也就是说这6个自由度是沿着机体坐标系3个坐标轴的移动和绕着3个坐标轴的转动。图16-1飞机机体坐标系

16.1飞机飞行的自由度我们将绕着纵轴(X轴)的运动称为滚转运动(Rollingmotion)，绕着垂直轴(Y轴)的运动为偏航运动(Yawingmovement)，以及绕着横轴(Z轴)的运动为俯仰运动(Pitchingmovement)，如图16-2所示。(a)滚转(b)偏航图16-2飞机滚转、偏航以及俯仰运动(c)俯仰

16.2飞机的平衡

16.2飞机的平衡飞机的平衡(Equilibrium)是指飞机受到的所有外力与力矩的总和为零，此时飞机为静止或作等速度的稳定飞行1．平衡的条件飞机处于平衡时，受到的外力与外力作用于重心的力矩总和必须为零，也就是必须同时满足合力为0与合力矩为0两个条件。(1)作用力方程式外力F总和必须为0，所以必须满足Fi=0。式中，i=X,Y,Z依序分别表示为纵轴、垂直轴与横轴。(2)合力矩方程式力矩M总和必须为0，所以必须满足Mi=0。式中，i=X,Y,Z依序分别表示为纵轴、垂直轴与横轴。

16.2飞机的平衡根据牛顿第一运动定律(惯性定律)，外力为0时，飞机的加速度必定为0，此时飞行速度的大小和方向都不发生变化。处于平衡状态时，飞机为静止或呈现等速度运动状态。反之，如果不是平衡状态，飞机就做变速度运动，飞行速度的大小或方向发生变化，因此飞机原有的运动状态或飞行姿态改变。例如，如果推力大于阻力，产生前进方向的加速度运动；反之，如果推力小于阻力，产生前进方向的减速度运动。如果横轴(Z轴)的合力矩不等于0，飞机就产生俯仰运动。由此可知，飞行姿态和飞行轨迹的改变都是作用在飞机上的力和力矩无法达到平衡的结果。

16.2飞机的平衡【例16-1】试述飞机平衡的定义。【解答】飞机的平衡定义是指飞机所有相对于重心的外力总和以及力矩总和都为零。

16.2飞机的平衡【例16-2】写出飞机平衡的条件。【解答】飞机的平衡定义是指飞机所有相对于重心的外力总和以及力矩总和都为零所以要达到平衡状态飞机的运动方程式必须满足合力为0与合力矩为0两个条件。

16.2飞机的平衡2．平衡问题的分类根据飞机的运动可以将其平衡问题归纳为纵向平衡(Longitudinalequilibrium)、横向平衡(Lateralequilibrium)与方向平衡(Directionalequilibrium)或垂直轴平衡(Perpendicularequilibrium)。(1)纵向平衡：飞机不绕着横轴转动，也就是不会产生俯仰运动的飞行状态称为纵向平衡。此时满足运动方程式Fx,i=0；Fy,i=0；Mz,i=0，i=1,2,3,L,n要达到纵向平衡，飞机在纵轴与垂直轴的合力，以及俯仰力矩的合力矩都必须为0。反之，如果无法满足纵向平衡，飞机就会产生俯仰运动。

16.2飞机的平衡(3)方向平衡：飞机不绕着垂直轴转动的飞行状态称为方向平衡，又叫作垂直轴平衡。由于处于方向平衡时不会产生偏航运动，也有人将方向平衡称为航向平衡。此时满足运动方程式My,i=0，i=1,2,3,L,n。要达到方向平衡(垂直轴平衡或航向平衡)，飞机偏航力矩的合力矩必须为0。反之，如果无法满足方向平衡，飞机就会产生偏航运动。易记口诀纵向平衡不俯仰；横向平衡不滚转；方向平衡不偏航

16.2飞机的平衡3．横侧平衡现象所谓飞