第9章飞行力学
空气动力学PPT

第二节 飞行器的运动参数与操纵机构
一、坐标系:
描述飞机的姿态、位置;飞机在大气中飞行,运动复杂,有多 个坐标系描述;美制与苏制,国标——美制 1.地面坐标系(地轴系) Sg og xg yg zg 原点og —地面某一点(起飞点) ogxg —地平面内,指向某方向(飞行航线) ogyg —地平面内,垂直于ogxg,指向右方 y ogzg —垂直地面,指向地心, x o 右手定则 z H 描述飞机的轨迹运动 “不动”的坐标系, ogxg x 惯性坐标系
二、飞机的运动参数(续)
速度向量与机体轴系的关系
1、迎角 速度向量V在飞机对称面上的投影与机体轴ox的夹 角,以V的投影在ox轴之下为正 2、侧滑角 速度向量V与飞机对称面的夹角。V处于对称面之 右时为正
产生空气动力的主要因素 对于飞控是重要的变量
三、飞行器运动的自由度
刚体飞机,空间运动,有6个自由度: 质心x、y、z线运动(速度增减,升降,左右移动) 绕质心的转动角运动 飞机有一个对称面:纵向剖面,几何对称、质量对称 1.纵向运动 速度V,高度H,俯仰角 2.横航向运动 质心的侧向移动,偏航角,滚转角 纵向、横航向内部各变量之间的气动交联较强 纵向与横航向之间的气动交联较弱,可以简化分析 飞机—面对称,导弹—轴对称
1 p V 2 p0 总压 2
V大,p小;V小,p大
四、马赫数M
马赫数:为气流速度(v)和当地音速(a)之比: 音速:微弱扰动在介质中的传播速度。
M
V a
音速:
a 20 T
T:空气的绝对温度
音速a与温度有关,表示空气受压缩的程度,是高度的函数 临界马赫数Mcr 迎面气流的M数超过某数值时,翼面上出现局部的超音速区, 将产生局部激波 ,此时远前方的迎面气流速度V与远前方 空气的音速a之比 Mcr-每种机翼的特征参数
91116-飞行力学-飞行动力学习题课(一)2014

2. A随Ma的变化规律:
亚声速:基本不变; 超声速:随 Ma 的增大而增大。
A
1 CL
1 e
1.0FlMigaht Dynamic4s
1.4 何谓飞行器极曲线?极曲线形状受哪些因素 的影响?
极曲线:飞行器阻力与升力系数的曲线。 其影响因素:高度、马赫数、飞行器的气动 外形(如展弦比、后掠角等)。
/
dt
d
/
dt
z k d / dt 0 (d / dt)cos
Flight Dynami1cs2
两个空间坐标系Ox
p
y
p
z
和
p
Oxq
yq
zq间的欧拉角为:
,, ,则其转换矩阵为:
Lqp Lx ( )Ly ()Lz ( )
✓三维转换矩阵同样具有二维转换矩阵 的四个特性?
课后作业
Flight Dynami1cs3
Flight Dynamics5
1.5 简要说明涡轮喷气发动机的速度特性、高度 特性和转速特性。
推力
油耗
速度 特性
推力随马赫数先轻微减 小后增加而后再减小。
耗油率随马赫数先快速 增加,而后均匀缓慢增加, 再快速增加。
高度 特性
推力随高度增加而减小。 油耗在对流层(H<11km) 内随高度增加而减小,在平 流层基本不变。
定直爬升段 R1 V1t1 900 5 60 km 75 km
定直下滑段 R3 V3t3 500 20 60 km 166.667 km
定直平飞段
R2 Qf. a2 cf.R Qf. a cf.t1t1 cf.t3t3 cf.R
1100 km
总航程 Rtotal R1 R2 R3 1341.67 km
《飞行控制系统》第一章 飞行力学基础

速度坐标系与地面坐标系:
3、气流角:(速度轴系→体轴系) aerodynamic angles
α(迎角也叫攻角):空速 向量V在飞机对称平面内 投影与机体纵轴ox夹角。 以V的投影在轴ox之下 为正。
β(侧滑角):空速向量V 与飞机对称平面的夹角。 以V处于对称面右为正。
4.机体坐标轴系的角速度分量 (angular-rate-dependent)
变换阵
由过渡坐标轴系S’’转动滚转角到机体坐标
轴系
0 0 x' ' x 1 y 0 cos sin y ' ' z 0 sin cos z' '
4、空间两个坐标系的变换矩阵:
一、操纵机构
被控量:三个姿态角、高度、速度及侧偏 利用升降舵、副翼、方向舵、油门杆来控制
0 M<0 升降舵偏角 e:平尾后缘下偏为正 e〉 0 L<0 副翼偏转角 a:右翼后缘下偏(右下左上)为正 a〉 0 N <0 方向舵偏转角 r:方向舵后缘向左偏为正 r〉 油门杆位置 : 0 加大油门、推力 T 向前推油门杆为正 T〉
1.1.2 坐标变换
1、基元变换矩阵:
基元变换矩阵描述了飞机最简单的平面坐标 系变换。
Y1 Y
R
X 1 X * cos Y * sin ; Y 1 X * sin Y * cos ;
《飞行力学》课程教学大纲

授课语言 (Language of Instruction)
*开课院系 (School) 先修课程 (Prerequisite) 授课教师 (Instructor)
*课程简介(Description)
*课程简介(Description)
专业基础必修课
本科生
汉语
航空航天学院 航空宇航信息与控制系
flight control system design.
课程教学大纲(course syllabus)
*学习目标(Learning Outcomes)
1.通过本课程使学生掌握航空、航天器的运动描述方法,分析飞行原理,建立 动力学方程,通过动力学建模和分析,为飞行控制提供基础。 2.通过本课程的学习,使学生具备清晰思考和用语言文字准确表达的能力、发 现、分析和解决问题的能力、批判性思考和创造性工作的能力和与不同类型的人 合作共事的能力。 3.通过本课程的学习,使学生具备刻苦务实、精勤进取、思维敏捷、乐于创新 的素质。
理论力学、线性代数
课程网址
王继河
无
(Course Webpage)
此课程是针对航空航天方向的本科基础课程,也可作为自然科学类通识课程。本
课程主要教学内容包括航空飞行器飞行性能,飞行品质和航天器轨道动力学基
础。在飞行性能部分主要包括飞机基本飞行性能、续航性能、起飞/着陆性能和 机动飞行性能等;在飞行品质部分,主要包括飞行的纵向、横航向静稳定性和静
contains: basic flight performance, endurance performance, takeoff/landing
performance and maneuvering performance; the flight quality part consists of
第一章飞行力学基础(1)

飞行力学在航空航天领域重要性
航空航天器设计基础
飞行力学是航空航天器设计的基础理论,对 于指导航空航天器的总体设计、性能分析和 优化具有重要意义。
飞行安全与稳定性保障
飞行力学研究飞行器的稳定性和操纵性,对 于保障飞行安全、提高飞行器性能具有重要 作用。
推动航空航天技术发展
飞行力学的研究不断推动着航空航天技术的 发展,为新型飞行器的研制和现有飞行器的 改进提供理论支撑。
第一章飞行力学基础
汇报人:XX
目录
• 飞行力学概述 • 大气环境与飞行性能 • 飞行器受力分析与平衡 • 飞行器运动方程与轨迹预测 • 飞行器操纵性与稳定性分析 • 飞行试验与仿真技术
01
飞行力学概述
飞行力学定义与研究对象
飞行力学定义
飞行力学是研究飞行器在空气中 的运动规律及其与周围环境相互 作用的一门科学。
降低试验成本
通过虚拟仿真技术对飞行器进行充分的测试 和验证,可以提高实际飞行试验的安全性。
推动技术创新
虚拟仿真技术可以模拟复杂环境和极端条件 下的飞行情况,为技术创新提供有力支持。
感谢您的观看
THANKS
指飞行器在受到小扰动 后,能够自动恢复到原 平衡状态的能力。静稳 定性好的飞行器,扰动 消失后能够迅速恢复到 原状态。
指飞行器在受到大扰动 后,能够自动恢复到原 平衡状态的能力。动稳 定性好的飞行器,在扰 动过程中能够保持稳定 的飞行姿态和轨迹。
指飞行器在受到扰动后 ,既不自动恢复到原平 衡状态,也不继续偏离 原平衡状态的能力。中 立稳定性介于静稳定性 和动稳定性之间。
轨迹预测模型构建及优化
动力学模型
建立飞行器的动力学模型,包括 气动力、推力、重力和控制力等
飞行力学部分作业答案(1)

+ (sinθa sinφa sinψ a + cosφa cosψ a )C − (sinθa cosφa sinψ a − sinφa cosψ a )
m
dvzg dt
= −sinθT
cosϕ + cosφ cosθT sin ϕ + sinθaC + sinφa
cosθaC − cosφa
sin θ
cosφ
sinψ
− sinφ
cosψ
cosφ cosθ
Lga
=
ccoossθθaa
cosψ a sinψ a
− sinθa
sinθa sinφa cosψ a − cosφa sinψ a sinθa sinφa sinψ a + cosφa cosψ a
sin φa cosθa
+ (sinθa sinφa cosψ a − cosφa sinψ a ) C − (sinθa cosφa cosψ a + sinφa sinψ a ) L
m dvyg dt
= cosθ sinψ T cosϕ
− (sinθ cosφ sinψ
− sinφ cosψ
)T sin ϕ − cosθa sinψ a D
= 0.1019
2
2
CD = 0.014 + 0.08CL2
CD = 0.0152
D = 8771N
代入方程求得T = 38771N
3.5
χɺ = V R
得:
R
=
V ω
=
300 / 3.6 3.14 /15
=
中国大学mooc《飞行力学(北京理工大学) 》满分章节测试答案

title飞行力学(北京理工大学) 中国大学mooc答案100分最新版content部分章节作业答案,点击这里查看第一章作用在飞行器上的力和力矩(下)测验(单元一)1、对于机(弹)体坐标系,英式和俄式定义是不同的,其中()。
答案: 飞行器的立轴正方向定义相反2、在地面坐标系中,确定速度矢量的方向可以通过()。
答案: 弹道倾角和弹道偏角3、俄式弹道坐标系和英式航迹坐标系之间存在以下哪种关系,()。
答案: 英式航迹坐标系绕其轴旋转-90°可与俄式弹道坐标系重合4、若某矢量在坐标系A和坐标系B中的投影之间存在,则坐标系A与B之间的关系是()。
答案: 两个坐标系的轴重合5、判断飞行器是否具有纵向静稳定性,可以根据()。
答案: 焦点和质心相对于飞行器头部的前后位置6、飞行器的弹道倾角是指()。
答案: 飞行器的速度矢量与水平面的夹角7、飞行器的侧滑角是指()。
答案: 飞行器速度矢量与飞行器纵向对称面之间的夹角8、研究飞行力学问题时,将地面坐标系当成惯性坐标系,需要()。
答案: 忽略地球的自转和公转,将其视为静止不动9、飞行器的俯仰角是指()。
答案: 飞行器的纵轴与水平面之间的夹角10、如果坐标系A和坐标系B的原点重合,且坐标系A的某坐标轴被坐标系B的某两个坐标轴形成的平面所包含,则由坐标系A向坐标系B进行旋转变换时,()。
答案: 经过2次初等旋转变换,即可使两个坐标系完全重合11、飞行器绕质心转动的动力学方程一般投影到()中。
答案: 弹体坐标系12、在建立导弹动力学基本矢量方程时,用到了()。
答案: 固化原理13、关于纵向运动和侧向运动,()是正确的。
答案: 导弹的纵向运动可以独立存在,但侧向运动不能独立存在14、民航飞机在一定的高度上平飞,关于其运动特点,下述描述错误的是()。
答案: 飞机主要通过侧滑形成侧向力,从而进行水平面内的转弯15、在水平面内飞行的两个飞行器,速度相同,则()。
答案: 法向过载大的飞行器的曲率半径较小,飞行器越容易转弯16、关于过载下列说法错误的是()。
飞行力学课件1

飞行动力学内容绪论1.1 作用在飞机上的外力1.3 常用坐标系及其转换1.4 飞机质心运动方程小结本章作业1.1;1.2;1.3;1.4;1.5;1.7;1.8;1.9绪论飞行动力学=飞行性能+飞行品质研究飞机的飞行性能和飞行轨迹特性时,可将飞机视为一可控的质点来处理。
可控:是指飞机的飞行轨迹是可以人为改变的,而轨迹的改变取决于作用于飞机上的外力的改变。
绪论质点运动:通过偏转操纵机构,使飞机的合力矩为零;研究飞机的飞行轨迹和飞行性能时可以把飞机视为质点运动。
力矩平衡作为运动的约束条件。
质点系运动:合力矩不为零。
研究飞机飞行品质时将其视为质点系运动。
1.1.1 升阻特性1.1.2 发动机推力从飞行性能的角度,假设操纵面偏转可使力矩平衡,但将其最大平衡能力作为约束。
实际还常忽略操纵面偏转对力平衡的影响。
外力一般不通过质心,它将引起绕质心转动的力矩L J G D JG W JJ G TJ G 'LJ G 1.1作用在飞机上的外力T J G1.1作用在飞机上的外力在常规飞行性能问题中,假设飞行无侧滑,视侧力为零升力系数阻力系数侧力系数2L L V SC ρ=2D D V SC ρ=2CC V S C ρ=升力和阻力系数主要取决于马赫数、雷诺数、迎角、侧滑角以及飞机的外形马赫数的物理含义?雷诺数的物理含义?迎角的定义?侧滑角的定义?9马赫数:指空气的压缩性效应;低速空气流场不相互影响,高速时则前后相互影响。
9雷诺数:惯性力和粘性力的比值。
¾飞机的尺寸效应;即飞机的尺寸大小会影响飞机的气动特性,一般飞机在真实大气中飞行时,其雷诺数在1000万以上。
这就是研究飞机气动特性时,要建立大尺寸风洞和进行飞行试验研究的原因。
DO1. 升力特性(1)定义升力是飞机上的空气动力的合力在飞机纵向对称平面上垂直于飞行速度方向的分力。
向上为正。
飞机的最大的升力系数约1.2—1.5;采用增升装置后,飞机的最大的升力系数约2.2—3.0。
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飞机性能课程 – 运输类飞机的起飞
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9.2起飞中的速度
●在起飞和初始上升过程中有一系列重要的校正空速
VEF < V1 ≤ VR <VLOF < V2
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9.2起飞中的速度
●9.2.1 VR 的限制
VR(Rotation Speed)是飞行员开始拉杆抬起飞机前轮的速度,正常抬轮速 率约为3度每秒。抬轮的目的是为了增大飞机的迎角,尽早获得足够的升力, 缩短地面滑跑距离。飞机从VR开始由三点接地滑跑逐渐转入两点接地滑跑, 并最终在达到离地速度VLOF时离地升空。
这种能够安全中止或安全继续起飞的能力将是本章讨论 的重点。
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9.1运输类飞机的起飞
●9.1.1加速停止可用距离ASDA 和中止起飞最大速度 VSTOP
当起飞重量较轻时,中止起飞最大速度VSTOP 较大。
随着重量的增加,中止起飞最大速度VSTOP减小。
为了确保在加速停止可用距离ASDA 的范围内安全地停下来,中 止起飞时的速度必须 小于或等于 中止起飞最大速度VSTOP。
只有当飞行员发现发动机失效时的飞机速度刚好是V1时,才需要飞行员进行决断,要么继 续起飞要么中止,这个决定需要尽快作出。
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运输类飞机的起飞
●9.1.5场地长度限制的起飞重量
上面两幅图分别给出了在指定跑道长度的条件下,中止起飞最大速度
VSTOP和继续起飞最小速度VGO 随飞机重量变化的曲线。下图中将这两条 曲线绘制在同一个坐标系内。
为了确保中止/继续的决断精确地在V1速度时做出,与之相对 应的实际的发动机失效速度(VEF)必然小于V1。因为发动机 物理失效到飞行员识别,存在时延。
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运输类飞机的起飞
●9.1.3决断速度V1
Low V1
High V1
OEI
Idle
2s
VEF V1
V=0
ASDOEI
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运输类飞机的起飞
●9.1.2起飞可用距离TODA 和继续起飞最小速度VGO
只要发动机失效时的速度 大于或等于 继续起飞最小速度VGO,飞 机就能够安全地完成继续起飞。
对于给定长度的起飞可用距离 (TODA),继续起飞最小速度VGO 会 随飞机重量变化而变化。
在加速停止可用距离内安全地停下来,和 在起飞可用距离内安全地继续起飞。
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运输类飞机的起飞
● 9.1.3决断速度V1 V1由不把杆飞行员喊出。一旦V1已经喊出,把杆飞行员明白 在这之后不管发动机停车与否,起飞都必须完成。
反之,当V1还没有被喊出时,把杆飞行员在发动机出现停车 时就应当中止起飞。
VR过小或过大都会影响到飞机起飞: 该速度过小,飞机抬轮到预定姿态依然无法获得足够的离地升力,容易擦 机尾或以较小的速度离地; 该速度过大,飞机需要耗费更长的时间和距离用以加速,尚未达到预定的 姿态就已离地。
第九章 运输类飞机的起飞
王可 飞行力学教研室
飞机性能课程 – 运输类飞机的起飞
引言
并非所有性能类别的飞机都能够接受,在起飞滑跑过程 中出现一发失效。
通用类飞机如果在滑跑或初始上升中遭遇一发失效,将 没有足够动力供其安全地继续飞行。
运输类飞机如果在起飞滑跑中的任意速度下出现一发失 效,必须能够安全地中止起飞或者安全地继续起飞。
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操纵过程中, 侧向偏移量不21/5超3 过30 ft
运输类飞机的起飞
●9.1.7 V1的限制
V1 和 VMCG 地面最小操纵速度VMCG,Minimum Control Speed on Ground,
工作发动机的推力大小以及产生偏航力矩受空气密度大小影响。低温低海 拔条件下的推力大,偏航力矩也大,因此VMCG偏大。
当发动机失效速度小于决断速度V1时,发动机失效速度越低,加速停止需
要距离ASDR越短,跑道所剩的余量越多。
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运输类飞机的起飞
●9.1.3决断速度V1
Low V1
单发加速
VEFV1
VR VLOF
TODOEI
High V1
单发加速
VEFV1飞机的起飞
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运输类飞机的起飞
●9.1.3决断速度V1(平衡距离和平衡速度)
距离
TODR
ASDR
平衡距离
平衡速度
识别速度
选取平衡速度为V1,
继续起飞所需距离=中断起飞所需距离
选取小于平衡速度的速度为V1,继续起飞所需距离>中断起飞所需距离
选取大于平衡速度的速度为V1,继续起飞所需距离<中断起飞所需距离
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运输类飞机的起飞
●9.1.7 V1的限制
V1 和 VMBE
V1 不得大于VMBE,或者 V1≤VMBE
VMBE是最大刹车能量速度。该速度是刹车将飞机的动能全部转为热能且刹 车性能不衰减的最大速度。
飞机的动能取决于其重量和决断速度V1所对应的地速。飞机越重,最大刹车 能量速度VMBE越小。对于给定的重量,在空气密度和风速不同的条件下, 最大地速所对应的校正空速并不相同。
L继需
L中需
V平衡
V识别
重量增大,平衡距离增加,平衡速度也增加。
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运输类飞机的起飞
●9.1.3决断速度V1(平衡距离和平衡速度)
起飞重量增加,相 同V1条件下,ASD 和TOD均会延长。
起飞重量增加, TOD延长更加显著。
起飞重量增加,平 衡速度也会增大。
当飞机处于高温高原机场,顺风条件,且重量较大,这种情况下的VMBE最 小,当然也就会限制到V1的大小
CCAR25.109 最大刹车能量速度
(h) 为了演示最大刹车动能下的加速--停止距离,必须在每个飞机机 轮刹车上使用剩余允许磨损范围不超过10%的刹车进行飞行实验。
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运输类飞机的起飞
● 9.1.3决断速度V1
V1, 由校准空速表示,由申请人选择;不过,V1 不得小于VEF 加 上在加速停止实验中,从关键发动机故障发生开始到飞行员发现故 障并开始采取第一个措施动作(例如:刹车、收油门、放减速板) 期间的速度增加值”。
在V1,以下两条都成立:
大重量条件下,飞机自身转动惯量大,因此VMCG偏小。
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运输类飞机的起飞
●9.1.7 V1的限制
V1 和 VR V1 不得大于 VR,或者 V1≤VR
当速度达到起飞抬前轮速度VR时,飞行员已经决定继续起飞并开始 抬轮,这种情况下就不能再中止起飞。
在实际运行中,如果飞行员查图表获得的V1大于VR,这种情况通常 意味着一定是哪里出现了错漏,又或者,需要修正V1或VR,从而使 得二者满足约束规则。
尽管如此,选定该实际重量下的V1是制造厂商的工作,飞行员通常并不 需要过多关心VGO和VSTOP的具体数值,只要按照被推荐的V1操作即可。
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运输类飞机的起飞
●继续或中止无需纠结
飞行员只需要根据推荐的V1,按要求操作,即可确保飞机在一发失效 后的安全。 V失效<V1,中止起飞,加速停止所需距离<加速停止可用距离 V失效=V1,中止起飞,加速停止所需距离=加速停止可用距离 V失效=V1,继续起飞, 起飞所需距离=起飞可用距离 V失效>V1,继续起飞, 起飞所需距离<起飞可用距离
小的V1延长TOD 大的V1 缩短 TOD
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V2
35 ft
V2
35 ft
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●9.1.3决断速度V1
当速度等于决断速度V1时继续起飞需要距离等于起飞可用距离。 如果发动机失效速度大于V1,随着发动机失效速度的增加,全发加速的时间
越长,一发加速的时间越短,起飞需要距离就会减小,可用距离的剩余量越大 。
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●9.1.4继续或中止的决断
如果出现发动机或其它重要飞机系统的失效,飞行员可以中止起飞, 也可以继续起飞。
发动机失效后剩余推力明显下降,会对飞机的继续起飞能力影响最大。 发动机失效时飞机速度如果较大,会对飞机的中断起飞能力造成影响。
如果识别发动机失效时的速度小于V1, 起飞应当中止。如果识别发 动机失效时的速度高于V1,起飞应当继续。
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●9.1.7 V1的限制
V1 大小的安全选择
起飞决断速度V1决定了飞机中止起飞的最晚时机。通常,工程师的选择是尽可能 地推荐较大的V1来让“必须继续”的情况更迟出现。毕竟,能够在地面上安全地 停下来是最安全的选择。 如果飞机的起飞不受场地长度限制,起飞决断速度V1可以选择得较大,接近甚至 等于VR,譬如,如果起飞重量受限于上升或障碍物限制,继续起飞肯定比中止 起飞更危险。
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●9.1.5场地长度限制的起飞重量
上图中,中止起飞最大速度曲线与继续起飞最小速度曲线的交点对应的 起飞重量是70 000 kg。这就意味着,在目前条件下,70 000 kg起飞重量的中 止起飞最大速度和继续起飞最小速度都等于145 kt,这个速度也就是V1。