第一章-3飞行动力学-侧向气动力.ppt

第一章第一章 飞行动力学飞行动力学第五节第五节 侧向气动力及气动力矩侧向气动力及气动力矩20212021，3 3一、侧力一、侧力Y Yoo描绘纵向运动的变量：描绘纵向运动的变量：，q q，V V，e eoo描绘横侧向运动的变量：描绘横侧向运动的变量：，p p，r r，a a，r roo飞机横航向的力与力矩：飞机横航向的力与力矩：oo侧力侧力Y Y，指向机体，指向机体oyoy轴轴oo滚转力矩滚转力矩L L，绕机体，绕机体oxox轴转动轴转动oo偏航力矩偏航力矩N N，绕机体，绕机体ozoz轴转动轴转动oo侧力与侧向力矩是由于飞机横侧向构造不对称产生的侧力与侧向力矩是由于飞机横侧向构造不对称产生的oo飞机总气动力沿机体飞机总气动力沿机体oyoy轴的分力称为侧力轴的分力称为侧力Y Yoo 侧力：侧力：Y=CyQSwY=CyQSw，Q Q 动压，动压，SwSw机翼面积机翼面积 ， Cy Cy 侧力系数侧力系数oo 1.1.侧滑角侧滑角 引起的侧力引起的侧力oo 0 0，在垂直尾翼上产生侧力与，在垂直尾翼上产生侧力与 产生产生升力原理一样升力原理一样oo 亚音速飞机机身没有侧力亚音速飞机机身没有侧力oo 超音速飞机机身的锥形头部有侧力，超音速飞机机身的锥形头部有侧力， 故故超音速飞机的侧力是机头与垂直尾翼侧超音速飞机的侧力是机头与垂直尾翼侧力之和力之和 oo 产生的侧力：产生的侧力：Y(Y( )=1/2)=1/2 V2SwCYV2SwCY , , oo 侧力导数侧力导数: CY: CY = = Cy/Cy/oo 右侧滑时右侧滑时 角为正，此时产生的侧力为负角为正，此时产生的侧力为负( (与与oyoy轴反向轴反向) ) oo 侧力的方向在气流指向机身的方向上侧力的方向在气流指向机身的方向上, ,oo 侧力的大小与气流在飞机对称面上侧力的大小与气流在飞机对称面上的分量成比例的分量成比例2.2.偏转方向舵偏转方向舵 r r引起的侧力引起的侧力 oo r r 0 0，是为了得到航向操纵力矩，但同时在飞机质心上也，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一样引起了侧力与偏转升降舵产生升力一样oo 偏转方向舵偏转方向舵 r r产生的侧力产生的侧力 oo 方向舵侧力导数：方向舵侧力导数：CYCY r= r= CY/CY/r roo 一般飞机的一般飞机的CYCY r r数值不大，可忽略不计。

数值不大，可忽略不计 3.3.滚转角速度滚转角速度p p引起的侧力引起的侧力 oo 飞饥绕机体轴飞饥绕机体轴oxox轴的滚转角速度轴的滚转角速度p p 0 0时，在立尾上有附加时，在立尾上有附加侧向速度，有部分侧滑角侧向速度，有部分侧滑角 oo 滚转角速度滚转角速度P P产生的侧力：产生的侧力：oo 式中式中: :oo 式中：式中： 叫做无因次滚转角速率，没有单位叫做无因次滚转角速率，没有单位oo 一般飞机的一般飞机的CypCyp为负值，数值很小，可忽略不计为负值，数值很小，可忽略不计 4.4.偏航角速度偏航角速度r r引起的侧力引起的侧力 oo 飞机绕机体飞机绕机体ozoz轴的偏航角速度轴的偏航角速度r r0 0 时，时，oo 在立尾上有部分侧滑角，产生侧力在立尾上有部分侧滑角，产生侧力oo 超音速飞机的机身头部在超音速飞机的机身头部在r r0 0时也会产生侧力时也会产生侧力oo r r引起的全机侧力引起的全机侧力 oo 式中：式中： 无因次偏航角速无因次偏航角速度度oo 一般飞机一般飞机CyrCyr很小，可忽略不计很小，可忽略不计 oo 飞机的侧力主要由侧滑角产生飞机的侧力主要由侧滑角产生oo 主要产生在垂直尾翼上主要产生在垂直尾翼上oo L L 绕机体绕机体oxox轴的力矩，滚转力矩轴的力矩，滚转力矩 升力表达不同升力表达不同 L Lliftliftoo N N 绕机体绕机体ozoz轴的力矩，偏航力矩轴的力矩，偏航力矩oo 侧向变量侧向变量 ，p p，r r， a a， r r都会产生都会产生L L和和N N侧向力矩侧向力矩二、绕二、绕oxox轴的滚转力矩轴的滚转力矩L L1.1.侧滑角侧滑角引起的滚转力矩引起的滚转力矩L L主要由机翼和立尾产生侧力，主要由机翼和立尾产生侧力，L L的大小与立尾的大小与立尾和机翼的形状有关和机翼的形状有关 1 1立尾的作用立尾的作用 00时，立尾上有侧力，侧力与时，立尾上有侧力，侧力与oxox轴有间隔轴有间隔 ，产生滚转力矩产生滚转力矩L L 大小与大小与有关有关1.1.侧滑角侧滑角引起的滚转力矩引起的滚转力矩L L续续2 2机翼上机翼上( (下下) )反角反角 的作用的作用00时，空速时，空速V V分解为分解为VcosVcos和和VsinVsin 不考虑不考虑VcosVcos纵向气流纵向气流 Vsin Vsin 分解为沿机翼流动和垂直机翼流动的分气流，其中：分解为沿机翼流动和垂直机翼流动的分气流，其中： 垂直翼面的气流为垂直翼面的气流为VsinVsinsinsin 右翼向上右翼向上 和和 -Vsin -Vsinsinsin 左翼向下左翼向下向上的气流速度使右翼部分迎角向上的气流速度使右翼部分迎角， 产生升力产生升力向下的气流速度使左翼部分迎角向下的气流速度使左翼部分迎角，升力，升力， 左右合力产生负左右合力产生负L L大小与大小与有关有关反之，下反角产生正反之，下反角产生正L L 上反角-L3)3)机冀后掠角机冀后掠角 1/4 1/4 的作用的作用oo 翼尖向后掠称为后掠角翼尖向后掠称为后掠角 oo 后掠角的定义后掠角的定义: : 在翼弦平面上把各翼剖面翼弦线上在翼弦平面上把各翼剖面翼弦线上25%25%的点连成直线的点连成直线，称为，称为1/41/4弦线，此直线与机体轴弦线，此直线与机体轴oyoy轴间的夹角轴间的夹角 1/41/43)3)机冀后掠角机冀后掠角 1/4 1/4 的作用的作用oo 00，速度，速度V V在左右两半翼作如下的分解在左右两半翼作如下的分解 oo 右翼：平行于右翼：平行于1/41/4弦线的分速为：弦线的分速为：oo 垂直于垂直于I/4I/4弦线的分速为：弦线的分速为：oo 左翼：平行于左翼：平行于1/41/4弦线的分速为：弦线的分速为： oo 垂直于垂直于I/4 I/4 弦线的分速为：弦线的分速为：oo 由于右翼的有效分速大于左翼，由于右翼的有效分速大于左翼，oo 使右翼上的升力大于左翼，使右翼上的升力大于左翼，oo 因此形成的滚转力矩因此形成的滚转力矩L L为负值，与为负值，与 有关有关oo 相当于右翼后掠小，升力大相当于右翼后掠小，升力大oo ClCl 过大，稳定性差，过大，稳定性差，oo 箭形机翼往往有下反角箭形机翼往往有下反角 4)4)机翼机身气动干扰的作用机翼机身气动干扰的作用oo 00时，上单翼飞机翼身连接处的右侧，因气流受阻使时，上单翼飞机翼身连接处的右侧，因气流受阻使压力增加，左侧气流因有别离旋涡而使压力降低。

压力增加，左侧气流因有别离旋涡而使压力降低oo 绕流机身的气流使靠近机身右翼根部的迎角增加，左翼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根部的迎角减小，两种因素都产生负滚转力矩 oo 中单翼飞机的此项气流干扰中单翼飞机的此项气流干扰oo 效果很小，可忽略不计效果很小，可忽略不计 oo 全机的全机的ClCl 为上述各项作用的总和，称为飞机横滚静稳为上述各项作用的总和，称为飞机横滚静稳定导数定导数oo 式中式中飞机横滚静稳定性的意义飞机横滚静稳定性的意义 oo 飞行方向从纸面垂直向外平衡时升力飞行方向从纸面垂直向外平衡时升力L=L=重力重力GGoo 设因某种干扰使飞机有滚转角设因某种干扰使飞机有滚转角+右滚，右滚，oo 升力倾斜升力倾斜oo 升力与重力的合力形成附加侧力，使飞机向右侧滑，侧升力与重力的合力形成附加侧力，使飞机向右侧滑，侧滑角滑角00oo 由于由于ClCl00 r0时，左翼向前转，相对空速增加，故升力增加，时，左翼向前转，相对空速增加，故升力增加，oo 右翼向后转，相对空速减小，故升力减小，形成正右翼向后转，相对空速减小，故升力减小，形成正滚转力矩。

滚转力矩oo r0r0时立尾的部分侧滑角为负，将产生正的侧力由于时立尾的部分侧滑角为负，将产生正的侧力由于一般立尾在机身之上，因此亦产生正滚转力矩一般立尾在机身之上，因此亦产生正滚转力矩oo 穿插动导数穿插动导数 oo 式中：式中： 穿插动导数穿插动导数 oo 无因次偏航角速度无因次偏航角速度 三、绕三、绕ozoz轴的偏航力矩轴的偏航力矩N N1.1.侧滑角侧滑角 引起的引起的N N 航向静稳定力矩航向静稳定力矩 0 0，立尾上有侧力，立尾上有侧力N N ，产生正偏航力矩，产生正偏航力矩oo 机身有不稳定偏航力矩；机身有不稳定偏航力矩；oo 箭形机翼产生正偏航力矩，起稳定作用；箭形机翼产生正偏航力矩，起稳定作用； oo 超音速飞机头部有侧力，产生不稳定的偏超音速飞机头部有侧力，产生不稳定的偏航航力矩；力矩；侧滑角侧滑角 产生的偏航力矩产生的偏航力矩N N：式中；式中； 航向静稳定导数航向静稳定导数 1.1.侧滑角侧滑角引起的引起的N N 航向静稳定力矩续航向静稳定力矩续oo 航向静稳定导数航向静稳定导数CnCn 0,N= Cn 0,N= Cn oo 具有航向静稳定性的飞机在受到侧风扰动后，具有航向静稳定性的飞机在受到侧风扰动后，oo 机头向着消除侧滑角的方向偏转机头向着消除侧滑角的方向偏转静稳定静稳定oo 并不能回到原有航线的方向，并不能回到原有航线的方向，oo 使机头转到风速的方向使机头转到风速的方向oo 也叫做风标稳定性也叫做风标稳定性oo 与纵向与纵向CmCm 的静稳定导数意义一样的静稳定导数意义一样 2.2.副翼偏转角副翼偏转角a a引起的引起的NN操纵穿插力矩操纵穿插力矩 o 偏转副翼是为了操纵滚转，却引起了偏航力矩，操纵耦合 o a0，右翼下偏，右翼弯度加大，升力，同时阻力； o 左翼上偏，左翼弯度减小，升力，同时阻力；o 在大展弦比机翼上较明显，对操纵飞机转弯不利 o 副翼操纵穿插力矩 o 式中 副翼操纵穿插导数o 其值的正负号要依详细情况而定 +N+N3.方向舵偏转角r引起的N 航向控制力矩 oo r0r0，方向舵左偏，立尾产生正侧力，对，方向舵左偏，立尾产生正侧力，对ozoz轴取轴取矩，得到负的偏航力矩矩，得到负的偏航力矩-N-N，表示为，表示为oo 式中式中 航向操纵导数，其值为负航向操纵导数，其值为负 oo 4.4.滚转角速度滚转角速度P P 引起的引起的NN穿插动态力矩穿插动态力矩oo 1 1立尾的作用立尾的作用 oo P0, P0,立尾有部分侧滑立尾有部分侧滑00，oo 产生侧力，产生侧力，偏航力矩偏航力矩+N+N2 2机翼的作用机翼的作用oo P0,P0,右翼下行，右翼向下的速度增量，相当于机翼右翼下行，右翼向下的速度增量，相当于机翼不动而气流向上吹，故右翼的迎角增加，升力增加不动而气流向上吹，故右翼的迎角增加，升力增加，阻力增加，阻力增加oo 与之相反，左翼上行，升力减小，阻力减小与之相反，左翼上行，升力减小，阻力减小 oo 形成偏航力矩形成偏航力矩oo 全机滚转角速度全机滚转角速度p poo 引起的偏舵力矩引起的偏舵力矩oo 式中：式中：oo 穿插动导数穿插动导数 oo 无因次滚转角速度无因次滚转角速度 偏航力矩偏航力矩NN，正负不定，正负不定 5.偏航角速度r引起的N航向阻尼力矩 oo 航向阻尼力矩航向阻尼力矩, ,与纵向、滚转阻尼力矩原理一样。

航向阻尼与纵向、滚转阻尼力矩原理一样航向阻尼力矩主要由立尾产生，机身也有一定的作用力矩主要由立尾产生，机身也有一定的作用 oo r r0 0时，前行翼的相对空速增大，阻力增大，时，前行翼的相对空速增大，阻力增大，oo 后退翼的相对空速减小，阻力减小，后退翼的相对空速减小，阻力减小，oo 产生的力矩与产生的力矩与r r的方向相反，故。