第一章 飞行动力学(第五、六节).ppt

第一章 飞行动力学 第五节 侧向气动力及气动力矩 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与垂直尾翼侧力之和 ?产生的侧力：Y(?)=1/2?V2SwCY?? , 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 ?r?0，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：CY?r= ?CY/??r 一般飞机的CY?r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p?0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r?0 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r?0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Vsin?sin?（右翼向上） 和 -Vsin?sin?（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Cl?0，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