飞行控制系统飞行力学基础课件.pptx

1、 三轴方向符合右手定则三轴方向符合右手定则xgygzgogl原点原点O O：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。l纵轴纵轴OxOx：在飞机对称平面内，与飞机设计轴线：在飞机对称平面内，与飞机设计轴线平行，指向前方（机头）。平行，指向前方（机头）。l横轴横轴OyOy：垂直飞机对称平面指向右方。：垂直飞机对称平面指向右方。l立轴立轴ozoz：在飞机对称平面内，且垂直于：在飞机对称平面内，且垂直于oxox轴指轴指 向机身下方。向机身下方。原点Oa：取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。纵轴OXa：与飞机速度的方向一致，不一定在飞机对称平面内。立轴OZa：在飞机对称平面内且垂

2、直于OXa轴指向机腹横轴OYa：垂直于XaOaZa平面指向右方。原点原点O Os s：取在飞机质心处，坐标系与飞取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。机固连。纵轴纵轴OxOxs s：与飞行速度：与飞行速度V V在飞机对称平面在飞机对称平面内的投影重合一致；内的投影重合一致；立轴立轴ozozs s：在对称平面内与：在对称平面内与oxoxs s垂直，指向垂直，指向机腹为正。机腹为正。横轴横轴oyoys s：与机体轴：与机体轴OYOY重合，指向右翼为重合，指向右翼为正。正。原点Ok：取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。纵轴OXk：与飞机速度的方向一致;立轴OZk：位于包含飞行速度V在内的铅垂面内，与OXK

3、轴垂直并指向下方；横轴OYK：垂直于XKOKZK平面指向右方。（2）再由稳定坐标系Ss转动侧滑角到气流坐标系Sa；2、滚转力矩L和偏舵力矩N滚转角速度p：与机体轴OX重合一致；（2）偏转方向舵产生侧力（2）总空气动力矩延机体坐标系的分解为平尾升力系数。用飞机质心在地轴系中的坐标Xg,Yg,Zg来确定，其中飞机飞行航程L为Xg，飞机飞行高度为-Zg，飞机偏航距离为Yg。3、气流角：（速度轴系体轴系）aerodynamic angles（2）偏转方向舵产生侧力,q引起的阻尼力矩;（2）偏转方向舵产生侧力由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s（4）偏航速率r0时，与呈线性关系（正比）。为升力系数对 的

4、导数;2、作用于飞机的力和力矩操纵交叉导数；为平尾升力系数。2、滚转力矩L和偏舵力矩N（速度轴系）sasb（机体轴系）Sg(地轴系)飞机姿态角（俯仰角、滚转角、偏航角）气流角（迎角、侧滑角）（航迹倾斜角航迹滚转角航迹方位角）;cos*sin*1;sin*cos*1 YXYYXX 1000cossin0sincos)(zBcos0sin010sin0cos)(yB cossin0sincos0001)(xB gXZgZgYYXX XY YZ Z ,gggzyxzyx1000cossin0sincoscos0sin010sin0cos zyxzyx1、姿态角：（机体轴系与地轴系的关系）2、作用于飞

5、机的力和力矩一般情况下，一个空间坐标系需要经过三次连续转动才能与另一个坐标系完全重合。机体坐标轴的三个角速度分量是机体坐标轴系相对于地轴系的转动角速度 在机体坐标轴系各轴上的投影。由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s2、滚转力矩L和偏舵力矩N纵轴OgXg：在地平面内并指向应飞航向，坐标OgXg 表示航程。速小的地方静压大。横轴OYK：垂直于XKOKZK平面指向右方。为升力系数对 的导数;横轴OYa：垂直于XaOaZa平面指向右方。：机身升力 ：平尾升力展弦比 ，动压：单位体积空气流动的动能。原点O：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。L：总升力 ：机翼升力时，与呈线性关系（正比）。阻力：阻力系数：

6、时，机翼上表面气流严重分离并形成大漩涡，故升力不再增加。cossin0sincos0001zyxzyxcos0sinsinsincossincoscossinsincoscosScoscossincoscossinsinsinsincoscossinsincoscoscossinsinsincossinsincossinsinsincoscoscosSearthwindXSXearthpathXSXpathwindXSX0M00L0000eeaarrTT升降舵偏角：平尾后缘下偏为正副翼偏转角：右翼后缘下偏（右下左上）为正方向舵偏转角：方向舵后缘向左偏为正N油门杆位置：向前推油门杆为正加大油门、

7、推力ear000:000:000eeerrMLN前推驾驶杆低头驾驶杆位移左倾驾驶杆左滚脚蹬位移左脚蹬向前左偏它们均为 、P、r的函数3、纵向力矩（俯仰力矩）M为平尾升力系数。基元变换矩阵的乘积顺序于从旧坐标系到新坐标系的转动顺序相反。，即 ，也就是重心与气动焦点重合，飞机纵向中立静稳定；u：与机体轴OX重合一致；横轴OgYg：也在地平面内并与纵轴垂直，向右为正，坐标OgYg表示侧向偏离。由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s,引起的阻尼力矩;立轴OgZg：垂直地面指向地心，坐标OgZg表示飞行高度。合理选择不同的坐标系来定义和描述飞机的各类运动参数，是建立飞机运动模型进行飞行控制系统分析和设计的

8、重要环节。（2）偏转方向舵产生侧力原点O：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。航迹方位角 ：空速向量V在地平面内的投影与OgXg间的夹角。原点Oa：取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。陀螺测量轴水平轴oyg欧拉角（Euler Angles)它们均为 、P、r的函数横轴Oy：垂直飞机对称平面指向右方。,当 时，由式中求到的值earTHHVYYV212pVC常数333245kpap325.1010 kT15.2880 3/225.10mkgsmA/294.3400 2625588.440)356766.6/1/(80665.9*0648.20)*225577.01(*0065.015.288eHighg

9、TAHigheHighTWS2WbAS 2202bAWccy dyS212QV212QV WS空气动力引起的俯仰力矩取决于飞行的速度、高度、迎角及降舵偏角。含义：静压p与动压之和沿流管不变。坐标变换矩阵的构成法则：由坐标系OXgYgZg到坐标系OXYZ的坐标变换矩阵等于基元变换矩阵的乘积；通常表示成升力L（-Z）、阻力D（-X)和侧力Y。由地面坐标系转动偏航角到过渡坐标系s发动机推力作用点 ，发动机偏置角平尾产生的升力由两部分组成：平尾迎角和升降舵偏角升力。熟悉飞机姿态角，航迹角以及气流角的定义以及方向。立轴ozs：在对称平面内与oxs垂直，指向机腹为正。含义：静压p与动压之和沿流管不变。因为

10、机翼有正弯度。、作用在飞机上的推力与重力为升力系数对 的导数;侧滑角引起的偏航力矩，又称为航向静稳定力矩；纵轴OXa：与飞机速度的方向一致，不一定在飞机对称平面内。2、作用于飞机的力和力矩机翼零升力矩系数,静安定力矩系数;马赫数定义为气流速度（V）和当地音速（a）之比，M=V/A。bQSLCwAlAwAmCQSMCbQSNCwAn纵向气动力纵向气动力1、升力升力L L 机翼、平尾、机身（少量）均产生升力机翼、平尾、机身（少量）均产生升力 L L：总升力：总升力 ：机翼升力：机翼升力 ：机身升力：机身升力 ：平尾升力：平尾升力 tbwLLLL wLbLtL1、升力L 升力系数，动压头，机翼面积；

11、其中：其中：为举力系数（机翼升力系数）为举力系数（机翼升力系数）为机身的升力系数为机身的升力系数 为平尾升力系数为平尾升力系数 LwLC QSLC212QVwS0WebtLLLbLtLLLeWWSSCCCCCMCMCMSSWLCLbCLtC 00WLC 时，0WLC0crmaxWWLLCCcrcrLwwwLWCaaC)(01、升力LLbCLbbCLtCt(1)tLtLtLtteeCCCM bLbaC 1、升力L 为零迎角升力系数为零迎角升力系数;为升力系数对为升力系数对 的导数的导数;为升力系数对为升力系数对 的导数的导数;00LWCM 1btLWbtWWSSCMSSeLttLeWCSCMSe

12、2.18.0aM0.50.1aMaM0.50.1aMDWDC QS 0DC02DDLCCMA M CLDtCCsinLDtCCDtDDCCC0DtCTTMTzTz21,2eemWAMf V HqCV S c T表示推力，表示推力向量与质心的距离。地面坐标系与气流坐标系；坐标变换矩阵的构成法则：由坐标系OXgYgZg到坐标系OXYZ的坐标变换矩阵等于基元变换矩阵的乘积；2、作用于飞机的力和力矩偏航力矩系数（绕z轴）：方向舵侧力系数因此，稳定的偏航力矩只是对速度轴向起稳定作用，因此又称为风标稳定性力矩。用飞机质心在地轴系中的坐标Xg,Yg,Zg来确定，其中飞机飞行航程L为Xg，飞机飞行高度为-Zg

13、，飞机偏航距离为Yg。滚转力矩系数（绕x轴）：；由过渡坐标系S转动俯仰角到过渡坐标系S（2）偏转方向舵产生侧力6、地面坐标系与机体坐标系转换与动压 、机翼面积 成正比。滚转角速率引起的滚转力矩陀螺测量轴水平轴oyg坐标变换矩阵的构成法则：由坐标系OXgYgZg到坐标系OXYZ的坐标变换矩阵等于基元变换矩阵的乘积；滚转角速率引起的偏航力矩副翼偏转角引起的偏航力矩平尾产生的升力由两部分组成：平尾迎角和升降舵偏角升力。AcgcgcxxAacwacwcxxacwcgxx)(0acwcgLwmwmwxxCCC)(acwcgLwmwxxCC0mwCacwcgxxacwcgxx)2(C)2VC(C)2VqC

14、(CCCCCmAmAmemmmmqe0vCAee 1、纵向气动力0 mCoe ,0mCe e)2(C)2VC(C)2VqC(CCCCCmAmAmemmmmqe0vCAee emCqmCmCemCmC0mC)(accgLmxxCCaccgxx0mCaccgxx0mCaccgxxwYSvCY)21(2wYSvCY)21()(2YYCCrwrYrSvCY)21()(2rYC02)21()(2pYwpYCVpbppSvCpY02)21()(2rYwrYCVrbrrSvCrY ar prrprarprarWYYrYYWllalrllWnnanrnnYQSCCCpC rLQS b CCCC pC rNQS

15、 b CCCCpC rbSVCLWlA)21()(20)21()(2aalaWlaACbSVCL0)21()(2rrlrWlrACbSVCL02)21()(2p lwp lACVpbppbSvCpL02)21()(2r lwr lACVrbrrbSvCrLbSVCNWnA)21()(2aWnaAbSVCNa)21()(20)21()(2rrnrWnrACbSVCNwpnvpnpnwpnACCCVpbppbSvCpN)()(2)21()(202)21()(2rnwrnACVrbrrbSvCrNYCrYCrlCrlCnCanCrnClCalCplCrnCpnC纵向中立静稳定；纵向静不稳定；纵向静稳

16、定；,0,0,0mmmCCCmCnC横滚静不稳定；横滚静稳定；,0,0llCClC矩；飞机具有不稳定偏航力；飞机具有稳定偏航力矩,0,0nnCC稳定的偏航力矩在稳定的偏航力矩在使侧滑角减小的同使侧滑角减小的同时，却使机头转到时，却使机头转到新的方向。因此，新的方向。因此，稳定的偏航力矩只稳定的偏航力矩只是对速度轴向起稳是对速度轴向起稳定作用，因此又称定作用，因此又称为风标稳定性力矩。为风标稳定性力矩。TTzTyTTxTTTTTTcossinsincoscoszyxlll,yzzyTxyYxTxzzxTlTlTLlTlTNlTlTMearthzgygxgmgGGG00bodyzyxmgmgmgG

17、GG coscossincossinzyxzayaxaGGGSGGG原点O：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。（2）偏转方向舵产生侧力平尾产生的升力由两部分组成：平尾迎角和升降舵偏角升力。飞机纵向静稳定；升降舵偏转速率产生的力矩动压：单位体积空气流动的动能。含义：静压p与动压之和沿流管不变。：机身升力 ：平尾升力3、空间两个坐标系的变换：利用升降舵、副翼、方向舵、油门杆来控制原点O：在飞机质心处，坐标系与飞机固连。时，与呈线性关系（正比）。横轴OYK：垂直于XKOKZK平面指向右方。零升阻力系数 升致阻力系数横轴OgYg：也在地平面内并与纵轴垂直，向右为正，坐标OgYg表示侧向偏离。一、假设条件

18、（研究方便）纵轴OXa：与飞机速度的方向一致，不一定在飞机对称平面内。时，机翼上表面气流严重分离并形成大漩涡，故升力不再增加。随着飞行高度的变化，气温、密度、重力加速度、音速的计算公式为：2、滚转力矩L和偏舵力矩N原点原点O Os s：取在飞机质心处，坐标系与飞取在飞机质心处，坐标系与飞机固连。机固连。纵轴纵轴OxOxs s：与飞行速度：与飞行速度V V在飞机对称平面在飞机对称平面内的投影重合一致；内的投影重合一致；立轴立轴ozozs s：在对称平面内与：在对称平面内与oxoxs s垂直，指向垂直，指向机腹为正。机腹为正。横轴横轴oyoys s：与机体轴：与机体轴OYOY重合，指向右翼为重合，指向右翼为正。正。cossin0sincos0001zyxzyx)2(C)2VC(C)2VqC(CCCCCmAmAmemmmmqe0vCAee ar prrprarprarWYYrYYWllalrllWnnanrnnYQSCCCpC rLQS b CCCC pC rNQS b CCCCpC r