飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵演示幻灯片

机身 机翼 垂尾
机翼后掠 机翼上反 翼端
翼身干扰
结论与分析
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➢机身作用
C y 0, Cl 0, Cn 0 — 机身为航向静不稳部件 (正常重心情况)
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➢机翼后掠作用
0:
C y 0 Cl 0, Cn 0 机翼后掠产生横向和航向静稳定作用。 但后掠角一般由升阻要求决定。
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➢翼端的作用
Cn <0
左偏航 侧滑增大 不稳定
Cn >0
右偏航 侧滑减小
稳定
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➢结论
•Cl 随β变化曲线的斜率称为横向静稳定导数， Cn 随β变化曲
线的斜率称为航向静稳定导数。 •静稳定判据
导数
静稳定时的 符号
纵向静稳定导数
CmCL或Cm
—
横向静稳定导数 航向静稳定导数
Cl
C n
—
＋
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定直侧滑引起的侧力与横航向力矩
纵向静稳定导数
CmCL或Cm
—
横向静稳定导数 航向静稳定导数
Cl
C n
—
＋
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➢分析与结论
C y C y sh C ycw
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全机的滚转力矩
Cl (Cl )yi (Cl )cw (Cl ) yi sh ,
后缘下偏为 纵向操纵
正
位移
左上右下 横向操纵
为正
位移
平 尾 演 示
正负定义 推杆为正
左压杆为正
方向舵偏角 左偏为正 方向操纵 左脚蹬
位移
为正
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飞机的方向平衡与偏航力矩
方向平衡：偏航力矩的平衡。 ∑N=0
右偏力矩
左偏力矩
方向不平衡，即
偏航力矩不为零的原因：
1）左右机翼阻力不对称
L
2）左右发动机推力不对称
本节内容
1、横侧向运动的定义 2、典型的横侧向运动时飞机上的横侧向气动力和
力矩（定常直线侧滑和定常盘旋） 3、横航向静稳定性及横航向静稳定导数 4、如何操纵飞机实现横侧力与力矩的平衡
1
飞机横侧运动的基本概念
非对称的飞行运动，称为横侧运动，或横航向运动。 • 横向运动（滚转运动）； • 航向运动； • 侧滑； • 三者之一或其组合统称为横侧运动。
• 纵向定常直线飞行中，β=0，气流对称流过飞机，所以不 产生侧力和横侧力矩。
• 定常侧滑直线飞行中，飞机上同时作用有侧力、滚转力矩 和偏航力矩。
• 偏航力矩和滚转力矩随β的变化规律，可以通过吹风实验 得出，或者采用工程估算求得。
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1定常直线侧滑飞行，作用在飞机上的侧力、横侧力矩
定常侧滑直线飞行中，飞机上同时作用有侧 力、滚转力矩和偏航力矩，力和力矩系数与 β成线性关系。
滚转力矩系数
Cl
1
L
V 2 Sb
2
横向静稳定导数：
C l
Cl
图:滚转力系数随侧滑角变化曲线
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3）偏航力矩
由侧滑角引起的偏航力矩称为偏航静稳定力矩
Baidu Nhomakorabea
偏航力矩系数：
Cn
1
N
V 2 Sb
2
航向静稳定导数：
C n
Cn
图:偏航力系数随侧滑角变化曲线
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• Cl 随β变化曲线的斜率称为横向静稳定导数，
Cl
Cl
或者推力线偏斜
3）垂直尾翼不对称
4）飞行员操纵副翼或者方向舵
重心
X左
X右
副翼
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飞机的横向平衡与横滚力矩
横向平衡：横滚力矩的平衡。
∑L=0
左滚力矩
γ=0
YL
右滚力矩 YR
横向不平衡的原因： 1）左右机翼升力不相等或到飞机对称面的距离不相等 2）左右平尾升力不相等或到飞机对称面的距离不相等
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静稳定力矩
2
侧滑
侧滑角：飞行速度矢量和纵
向对称面的夹角：β；
当Vy为正时，侧滑角为正。
即右侧滑为正。
V
s
in
V ＝
y
V
图:飞机着陆的侧滑飞行 3
• 绕OX轴的运动称为横向运动或滚转运动； • 绕OZ轴的运动称为航向运动 • 凡出现侧滑、横向或航向运动这三者之一，或其组
合统称为横侧运动。 • 典型的横侧运动：
横航向静稳定性
方向静稳定性
横向静稳定性
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➢横向静稳定性:
横向静稳定性：飞机受 到扰动偏离原横向平衡 状态产生坡度，在扰动 消失瞬间飞机自动恢复 原横向平衡的趋势。
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➢横向静稳定性判据
横向静稳定导数：Cl 0
<0 ：横向静稳定
Y
Cl >0 ：横向静不稳定
=0 ：横向中立稳定
Z
右滚扰动 重力分量 右侧滑β>0
机翼迎风一侧的直边缘变成了前缘， 另一侧变成了后缘。 迎风直边缘上部存在侧缘吸力， 升力增加。
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➢翼端的作用
直端翼：： C y 0 Cl 0, Cn 0 — 机翼翼端增加横向静稳定性。 但翼端形状一般由升阻要求决定。
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➢机翼上反作用
机翼上反： C y 0 Cl 0, Cn 0
— 机翼上反产生横向和航向静稳定作用。 一般通过调节上反角改变 Cl
• Cn 随β变化曲线的斜率称为航向静稳定导数。
Cn
Cn
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飞机横航向静稳定性
15
课堂设计
航向静稳定性
定义 条件 影响因素
横向静稳定性
定义 条件
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飞机横航向静稳定性
横航向静稳定性：飞机受到扰动偏离横航向平衡状态产生侧 滑或倾斜时，在扰动消失瞬间飞机自动恢复原平衡状态的趋 势。 反映飞机在平衡（对称定直飞行）状态附近的偏航力矩和滚 转力矩特性。
V
Z 图:风洞实验确定侧力和横侧力矩
Y:侧力 L:滚转力矩 N:偏航力矩
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1）侧力
•线性、对原点成反对称 •原点处为平衡状态，做对称定直飞行
侧力系数：
Cy
1
Y
V 2 S
2
侧力导数：
C y
C y
侧力系数随侧滑角变化曲线
Y
C y
1 2
V 2 S
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2）滚转力矩
由侧滑角引起的滚转力矩称为滚转静稳定力矩
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➢垂尾作用
垂尾： C y 0 Cl 0, Cn 0
主要的航向静稳定部件。
一般通过调节垂尾容积改变 Cn
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➢翼身干扰
V
上单翼或高平尾: Cl 0
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➢结论
•Cl 随β变化曲线的斜率称为横向静稳定导数， Cn 随β变化曲
线的斜率称为航向静稳定导数。 •静稳定判据
导数
静稳定时的 符号
－定常直线侧滑飞行 －定常曲线飞行
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横向运动和航向运动
L N
图: 机体坐标系
滚转力矩 L 右滚为正 滚转角速度 p 右滚为正
偏航力矩 N 右偏航为正 偏航角速度 r 右偏航为正
俯仰力矩 M 抬头为正 俯仰角速率 q 抬头为正
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舵面偏角和操纵位移正负的定义
舵面偏角 平尾偏角
副翼偏角
正负定义 操纵位移
Clβ>0 Clβ<0
右滚 左滚
不稳定 稳定
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➢航向静稳定性
航向静稳定性：飞机受到扰动偏离 原方向平衡状态产生侧滑角，在扰 动消失瞬间飞机自动恢复原平衡状 态的趋势。
Δ β=0 ,ΔN=0
飞机能自动改变机头指向消除 侧滑,称为航向静稳定性
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➢航向静稳定性判据 航向静稳定导数：Cn 0
右侧滑扰动β>0