第一章-3飞行动力学-侧向气动力.ppt
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1、第一章 飞行动力学,第五节 侧向气动力及气动力矩,北京航空航天大学自动化学院 张平 2012,3,一、侧力Y,描述纵向运动的变量:,q,V,e 描述横侧向运动的变量:,p,r,a,r 飞机横航向的力与力矩: 侧力Y,指向机体oy轴 滚转力矩L,绕机体ox轴转动 偏航力矩N,绕机体oz轴转动 侧力与侧向力矩是由于飞机横侧向结构不对称产生的 飞机总气动力沿机体oy轴的分力称为侧力Y 侧力:Y=CyQSw,Q 动压,Sw机翼面积 , Cy 侧力系数,1.侧滑角引起的侧力,0,在垂直尾翼上产生侧力(与产生升力原理相同) 亚音速飞机机身没有侧力 超音速飞机机身的锥形头部有侧力, 故超音速飞机的侧力是机头
2、与垂直尾翼侧力之和 产生的侧力:Y()=1/2V2SwCY , 侧力导数: CY=Cy/ 右侧滑时角为正,此时产生的侧力为负(与oy轴反向) 侧力的方向在气流指向机身的方向上, 侧力的大小与气流在飞机对称面上的分量成比例,2.偏转方向舵r引起的侧力,r0,是为了得到航向操纵力矩,但同时在飞机质心上也引起了侧力(与偏转升降舵产生升力相同) 偏转方向舵r产生的侧力 方向舵侧力导数:CYr= CY/r 一般飞机的CYr数值不大,可忽略不计。,3.滚转角速度p引起的侧力,飞饥绕机体轴ox轴的滚转角速度p0时,在立尾上有附加侧向速度,有局部侧滑角 滚转角速度P产生的侧力: 式中: 式中: 叫做无因次滚转
3、角速率,没有单位 一般飞机的Cyp为负值,数值很小,可忽略不计,4.偏航角速度r引起的侧力,飞机绕机体oz轴的偏航角速度r0 时, 在立尾上有局部侧滑角,产生侧力 超音速飞机的机身头部在r0时也会产生侧力 r引起的全机侧力 式中: 无因次偏航角速度 一般飞机Cyr很小,可忽略不计 飞机的侧力主要由侧滑角产生 主要产生在垂直尾翼上,L 绕机体ox轴的力矩,滚转力矩 升力表达不同 Llift N 绕机体oz轴的力矩,偏航力矩 侧向变量,p,r,a,r都会产生L和N,侧向力矩,二、绕ox轴的滚转力矩L,1.侧滑角引起的滚转力矩L 主要由机翼和立尾产生(侧力),L的大小与立尾和机翼的形状有关 1)立尾
4、的作用 0时,立尾上有侧力,侧力与ox轴有距离,产生滚转力矩L 大小与有关,1.侧滑角引起的滚转力矩L(续),2)机翼上(下)反角的作用 0时,空速V分解为Vcos和Vsin 不考虑Vcos(纵向气流) Vsin 分解为沿机翼流动和垂直机翼流动的分气流,其中: 垂直翼面的气流为Vsinsin(右翼向上) 和 -Vsinsin(左翼向下) 向上的气流速度使右翼局部迎角, 产生升力 向下的气流速度使左翼局部迎角,升力, 左右合力产生负L 大小与有关 反之,下反角产生正L,上反角,-L,3)机冀后掠角1/4 的作用,翼尖向后掠称为后掠角 后掠角的定义: 在翼弦平面上把各翼剖面翼弦线上25%的点连成直
5、线,称为1/4弦线,此直线与机体轴oy轴间的夹角,1/4,3)机冀后掠角1/4 的作用,0,速度V在左右两半翼作如下的分解 右翼:平行于1/4弦线的分速为: 垂直于I/4弦线的分速为: 左翼:平行于1/4弦线的分速为: 垂直于I/4 弦线的分速为: 由于右翼的有效分速大于左翼, 使右翼上的升力大于左翼, 因而形成的滚转力矩L为负值,与有关 相当于右翼后掠小,升力大 Cl过大,稳定性差, 箭形机翼往往有下反角,4)机翼机身气动干扰的作用,0时,上单翼飞机翼身连接处的右侧,因气流受阻使压力增加,左侧气流因有分离旋涡而使压力降低。 绕流机身的气流使靠近机身右翼根部的迎角增加,左翼根部的迎角减小,两种
6、因素都产生负滚转力矩 中单翼飞机的此项气流干扰 效果很小,可忽略不计 全机的Cl 为上述各项作用的总和,称为飞机横滚静稳定导数 式中,飞机横滚静稳定性的意义,飞行方向从纸面垂直向外。平衡时升力L=重力G 设因某种干扰使飞机有滚转角+(右滚), 升力倾斜 升力与重力的合力形成附加侧力,使飞机向右侧滑,侧滑角0 由于Cl0,产生负的滚转力矩(左滚),使滚转角恢复到零 Cl为负,飞机具有横滚静稳定性,2.副翼偏转角a引起的L滚转控制力矩,副翼正偏转时(右副翼后缘下偏,同时左副翼后缘上偏),右翼升力增大,左翼升力减小,产生的滚转力矩L为负值,写为 式中: 滚转操纵导数 3.方向舵偏转角r引起的L操纵交
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- 第一章 飞行 动力学 侧向 气动力
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