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1、第一章 飞行力学基础,飞行控制系统,内容,引言,1常用的坐标系,2 作用在飞机上的力和力矩,第一章： 飞行力学基础,第一章： 引言,在飞行性能分析中，将飞机视为质点，所需的迎角、滚转角(坡度)、发动机推力可以立即达到(忽略其过渡过程)，并能够保证无侧滑。,问题的引入,事实上，迎角、滚转角(坡度)、推力、及侧滑角需要通过操纵驾驶杆(盘)、脚蹬舵及油门杆进行控制, 而且存在过渡过程。,本章介绍与刚体运动描述相关的概念、定义和方程。,第一章： 引言,操纵系统动力学,飞机刚体动力学,飞机质点动力学,发动机响应 动力学,常规飞机飞行轨迹控制原理图,飞行性能问题,基本操稳问题,第一章： 基本概念,平衡,(
2、平衡)稳定性,广义地说，指状态参数不随时间变化的飞行。,不稳定平衡,稳定平衡,中立稳定平衡,飞机受到外界扰动后自动恢复原来平衡状态的能力。,操纵性,飞机在驾驶员的操纵下从一种飞行状态过渡到另一种飞行状态的能力。,如定常直线飞行、正常盘旋等。,包括稳态增量和瞬态过程。,忽略地球曲率，即所谓的“平板地球假设” 认为地面坐标系为惯性坐标系,假设条件,惯性坐标系 1.满足牛顿第一定律的坐标系，物体只有在不受外力或合外力为0的情况下才永远保持匀速直线运动或者静止状态。 2.必须满足牛顿第二定律，也就是说有加速度必须有力的作用，或者有力不能没有加速度,常用坐标系的定义,地面坐标系 （earth-surfa
3、ce inertial reference frame）Sg- Oxgygzg,在地面上选一点Og 使xg轴在水平面内并指向某一方向 zg轴垂直于地面并指向地心 yg轴在水平面内垂直于xg轴，其指向按右手定则确定,常用坐标系的定义,机体轴系 (Aircraft-body coordinate frame) Sb-oxyz,原点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连 x轴在飞机对称平面内并平行于飞机的设计轴线指向机头 y轴垂直于飞机对称平面指向机身右方 z轴在飞机对称平面内，与x轴垂直并指向机身下方,常用坐标系的定义,气流轴系 (wind coordinate frame) Sa-Oxayaza,原
4、点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连 xa轴与飞行速度V重合一致 za轴在飞机对称平面与xa轴垂直并指向机腹下方 ya轴垂直于Oxaza平面并指向机身右方,常用坐标系的定义,稳定坐标轴系 (Stability coordinate frame)Ss-Oxsyszs,原点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连 xs轴与飞行速度V在飞机对称平面内的投影重合一致 zs轴在飞机对称平面与xs轴垂直并指向机腹下方 ys轴与机体轴y重合一致,常用坐标系的定义,Xs,ys,Zs,航迹坐标轴系 (path coordinate frame) Ss-Oxkykzk,原点O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连 xk轴与飞
5、行速度V重合一致 zk轴在位于包含飞行速度V在内的铅垂面内，与xk轴垂直并指向下方 yk轴垂直于Oxkzk平面并按右手定则确定,常用坐标系的定义,偏航角,3.飞机的运动参数,（1）姿态角,机体坐标系与地面坐标系的关系是三个Euler角,俯仰角,滚转角,常用坐标系的定义,机体轴x与水平面之间的夹角，抬头为正,机体轴x与水平面上的投影与地轴xg间的夹角，机头右偏航为正,机体轴z与通过机体轴x的铅垂面间的夹角，飞机向右滚转为正,俯仰角,偏航角,滚转角,（2）航迹角,由航迹坐标系与地面坐标系的关系确定,航迹倾斜角：飞行速度矢量与水平面间的夹角， 飞机向上时为正 航迹方位角：飞行速度矢量在水平面的投影与
6、地轴xg间的夹角， 投影在轴右侧为正 航迹滚转角：速度轴za与通过速度轴xa的铅垂面间的夹角， 飞机向右滚转为正,常用坐标系的定义,由飞行速度矢量与机体坐标系之间的关系确定,（3）气流角,常用坐标系的定义,铅垂面,zk,xg,zg,yg,水平面,xk(V),O,yk,s,O:飞机质心 Oxk :沿速度矢Oxkyk:铅垂面(指向上为正) Ozk:水平面内,航迹轴系,s,ya,za,常用坐标系的定义,铅垂面,z,xg,zg,yg,水平面,x,飞机对称面,O,y,O:飞机质心 x :沿对称面内参考线 (指向机头为正) y:对称面内(指向上为正) z:指向右为正,机体轴系,常用坐标系的定义,z,xa(
7、V),za,ya,x,飞机对称面,O,y,Y,Z,Q,O:飞机质心 Oxq :沿速度矢Oyq:对称面内(指向上为正) Ozq:指向右为正,气流轴系,地面轴系,机体轴系,气流轴系,航迹轴系,轴系间关系,，,常用坐标系的定义,无风时,（4）机体坐标轴系的角速度分量,常用坐标系的定义,滚转角速度p:与机体轴x重合一致 偏航角速度q :与机体轴y重合一致 俯仰角速度r :与机体轴z重合一致,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分量,常用坐标系的定义,（5）机体坐标轴系的速度分量,是飞行速度V在机体坐标轴系各轴上的分量,u:与机体轴x重合一致 v :与机体轴y重合一致 w :与机体轴z重合一致,z,x,飞机对称面,O,y,p,q,r,v,u,w,体轴系分量,本章结束，谢谢大家！,