無人機(jī)飛行控制技術(shù)于明清司維釗主編高等教育“十三五”規(guī)劃教材西北工業(yè)大學(xué)出版社

第2章飛機(jī)的基本知識(shí)2

飛行控制系統(tǒng)的核心問題是研究由控制系統(tǒng)和飛行器所組成的閉合回路。

飛行動(dòng)力學(xué)是研究飛行器運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。屬于應(yīng)用力學(xué)的范疇。我們本課程主要涉及的是在空氣中運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，需要了解氣體的運(yùn)動(dòng)特性和作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩這又涉及到另外一個(gè)學(xué)科-----空氣動(dòng)力學(xué)----研究空氣與運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用。本章內(nèi)容：前部分：空氣動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)；

后半部分：飛行動(dòng)力學(xué)；主要飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的主要模態(tài)第2章飛機(jī)的基本知識(shí)3§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)一、若干定義（一）介質(zhì)的連續(xù)性

在研究飛行器運(yùn)動(dòng)以及飛行器與空氣的相互作用時(shí)，通常不考慮空氣介質(zhì)分子間的自由行程，認(rèn)為空氣是在空間連續(xù)分布的密集介質(zhì)。不論是空氣靜止、物體運(yùn)動(dòng)，還是物體靜止、空氣運(yùn)動(dòng)，只要飛行器相對(duì)于氣流的速度向量相同，作用在物體上的空氣動(dòng)力就完全相同這就是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性。（二）運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性第2章飛機(jī)的基本知識(shí)4§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)（三）定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)

如果氣流中每一點(diǎn)的密度、壓力以及速度向量均不隨時(shí)間而變化（但在各點(diǎn)上的數(shù)值可以不同〉，則稱為定常流動(dòng)。反之，若這些量隨時(shí)間而變化，則稱為非定常流動(dòng)。（四）流管氣流中一個(gè)微團(tuán)流動(dòng)的軌跡稱為流線。兩條流輯之問形成單位厚度流管。許多流線在空間包圍成流管。因?yàn)榭諝馕F(tuán)的形狀和密度在流動(dòng)中會(huì)發(fā)生變化，所劇，流管的橫截麗沿長(zhǎng)度方向可以處處不同。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)5§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)第2章飛機(jī)的基本知識(shí)6§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)第2章飛機(jī)的基本知識(shí)7§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)二、連續(xù)方程——————連續(xù)方程第2章飛機(jī)的基本知識(shí)8§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)二、連續(xù)方程橫截面大則流速??；橫截面小則流速大。河水在河道窄的地方流得快，河道寬的地方流得慢。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)9§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)二、連續(xù)方程山谷里的風(fēng)通常比平原大高樓大廈之間的對(duì)流通常比空曠地帶大第2章飛機(jī)的基本知識(shí)10§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）

空氣能量主要有四種：動(dòng)能、壓力能、熱能、重力勢(shì)能。低速流動(dòng)，熱能可忽略不計(jì)；空氣密度小，重力勢(shì)能可忽略不計(jì)。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)11§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）因此，沿流管任意截面能量守恒，即為：動(dòng)能+壓力能=常值。公式表述為：第一項(xiàng)稱為動(dòng)壓，第二項(xiàng)稱為靜壓，第三項(xiàng)稱為總壓。低速不可壓流中壓力與速度之間關(guān)系的伯努利方程第2章飛機(jī)的基本知識(shí)12§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）同一流線：總壓保持不變。動(dòng)壓越大，靜壓越小。流速為零的靜壓即為總壓。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)13§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）應(yīng)用：第2章飛機(jī)的基本知識(shí)14§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）應(yīng)用：第2章飛機(jī)的基本知識(shí)15§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)三、伯努利方程（能量守恒方程）應(yīng)用：升降速度表速度表第2章飛機(jī)的基本知識(shí)16§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)四、馬赫數(shù)(M,Ma,MachNumber)氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲僦?。飛機(jī)〈擾動(dòng)源）使空氣受攏。該擾動(dòng)以音速向四面八方傳播。當(dāng)飛機(jī)速度小于擾動(dòng)傳播速度（音速）時(shí)，前方空氣分子可繞流而去，空氣密度不發(fā)生大的變化。當(dāng)飛機(jī)速度接近音速時(shí)，擾動(dòng)源和擾動(dòng)幾乎同時(shí)前進(jìn)，前方氣體分子來不及繞流而被堆積，使空氣密度增大。可見空氣壓縮性與空速、音速也即與M數(shù)有關(guān)。馬赫數(shù)表征空氣可壓縮性影響的大小第2章飛機(jī)的基本知識(shí)17§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)五、若擾動(dòng)的傳播微弱擾動(dòng)通過空氣以音速傳播。音速可用溫度按下式計(jì)算：第2章飛機(jī)的基本知識(shí)18§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)五、弱擾動(dòng)的傳播在亞音速流中弱擾動(dòng)可向四面八方傳播，而在超音速流中，弱擾動(dòng)不能逆流向前傳播，只能在擾動(dòng)錐內(nèi)傳播。這就是亞音速流動(dòng)與超音速流動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)19§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)五、若擾動(dòng)的傳播流管形狀低速氣流(不可壓縮)亞音速氣流(M＜1)超音速氣流(M＞1)收縮流管流速增大壓力減小密度不變溫度不變流速增大壓力減小密度減小溫度降低流速減小(壓縮波)

壓力增大密度增大溫度升高擴(kuò)張流管流速減小壓力增大密度不變溫度不變流速減小壓力增大密度增大溫度升高流速增大(膨脹波)

壓力減小密度減小溫度降低低速流動(dòng)和高速流動(dòng)的區(qū)別第2章飛機(jī)的基本知識(shí)20§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)五、若擾動(dòng)的傳播第2章飛機(jī)的基本知識(shí)21§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)六、激波當(dāng)亞音速氣流流經(jīng)物體時(shí)，物體附近空氣的壓力與密度將發(fā)生變化。這種變化傳向四面八方，包括逆流方向?？諝獾膲毫εc密度在逆流方向隨著到物體距離的改變麗逐漸變化。這樣，流管在到達(dá)物體之前的某距離處就開始平滑地彎曲曲，自動(dòng)地適應(yīng)物體的形狀。當(dāng)氣流以越音速流經(jīng)物體時(shí)，其流動(dòng)狀況就完全不同了。如前所述，超音速流場(chǎng)中的擾動(dòng)不能逆向傳播。當(dāng)氣流以超音速流向鈍頭物體時(shí)其擾動(dòng)只限于馬赫錐以內(nèi)，不能向擾動(dòng)源（鈍頭體）逆向傳播。因而氣流在撞擊到鈍頭物體表田之前不可能預(yù)感該物體的存在，自然不能繞流而去。于是超音速的氣體分子沖到鈍頭物體上，造成氣體分子的堆積現(xiàn)象，即造成空氣突變式的壓縮。在鈍頭物體上，氣體分于堆積到一定程度就不能再向前發(fā)展了。這是因?yàn)槎逊e現(xiàn)象一旦發(fā)生，氣流即行減速，或變?yōu)榱悖ㄔ隈v點(diǎn)〉就變?yōu)閬喴羲佟Ｓ谑菙_動(dòng)逆向傳播。氣流能繞過鈍頭物體而流去，不再繼續(xù)堆積。在鈍頭物體中央附近，氣體一邊堆積變?yōu)閬喴羲倭?，一邊繞流而去，遂即達(dá)到平衡狀態(tài)（單位時(shí)間內(nèi)堆積的空氣質(zhì)量和流出的空氣質(zhì)量相等）。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)22§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)六、激波堆積氣流與未擾動(dòng)氣流的分界線稱為激波。在這里因激披是離開物體的稱它為脫體波。氣流鏡過鈍頭物體后，又加速到音速，進(jìn)而達(dá)到超音速。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)23§2.1氣體運(yùn)動(dòng)的一般知識(shí)六、激波第2章飛機(jī)的基本知識(shí)24§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱在一般情況下，由于飛機(jī)均在大氣層內(nèi)飛行，其飛行高度有限，為了簡(jiǎn)化所研究問題的復(fù)雜性，有必要進(jìn)行下列合理假設(shè)：①忽略地球曲率，即采用所謂的“平板地球假設(shè)”；②認(rèn)為地面坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系。飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)可以分為兩部分：質(zhì)心運(yùn)動(dòng)和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)25§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱作用在飛機(jī)上的重力、推力和氣動(dòng)力及其相應(yīng)的力矩產(chǎn)生原因各不相同，選擇合適的坐標(biāo)系來方便的描述飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是非常重要的。1.常用坐標(biāo)系（3種）2.飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)定義3.常用坐標(biāo)系之間的變換（了解內(nèi)容）4.常規(guī)飛機(jī)的操縱機(jī)構(gòu)和操縱舵面極性第2章飛機(jī)的基本知識(shí)26§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱為了確切地描述飛行器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必須選定適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。比如，要想確定飛行器在地球上的位置就必須采用地面坐標(biāo)系，要想較簡(jiǎn)單地描述飛行器的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)，必須采用機(jī)體坐標(biāo)系或氣流坐標(biāo)系（速度坐標(biāo)系〉。當(dāng)然，還有其他的坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系有三種：地面坐標(biāo)系機(jī)體坐標(biāo)系速度坐標(biāo)系第2章飛機(jī)的基本知識(shí)27§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱一、常用坐標(biāo)系（一）地面坐標(biāo)系（地軸系）定義：地面上的任意點(diǎn)；地面上任意方向；垂直地面上；垂直于平面，符合右手定則第2章飛機(jī)的基本知識(shí)28§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱一、常用坐標(biāo)系（二）機(jī)體坐標(biāo)系定義：位于飛機(jī)的重心；處于飛機(jī)的對(duì)稱面內(nèi)，與飛機(jī)軸線一直，指向前向。垂直于平面，指向右方，符合右手定則處于飛機(jī)的對(duì)稱面內(nèi)，垂直于，指向上方機(jī)體坐標(biāo)系與飛機(jī)固連第2章飛機(jī)的基本知識(shí)29§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱橫軸縱軸立軸俯仰滾轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)（二）機(jī)體坐標(biāo)系一、常用坐標(biāo)系第2章飛機(jī)的基本知識(shí)30§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱一、常用坐標(biāo)系（三）速度坐標(biāo)系（氣流坐標(biāo)系）定義：位于飛機(jī)的重心；與飛機(jī)中心軌跡的切線一致，，其正方向?yàn)橹匦倪\(yùn)動(dòng)瞬間速度v的方向。處于飛機(jī)的對(duì)稱面內(nèi)，垂直于，指向上方平面，垂直于指向右方，符合右手定則第2章飛機(jī)的基本知識(shí)31§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱二、飛機(jī)空間運(yùn)動(dòng)的自由度飛機(jī)在空中的運(yùn)動(dòng)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但仔細(xì)研究會(huì)發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)包含六個(gè)自由度，分別是空間位置變化的三個(gè)自由度，即：進(jìn)退、升降和側(cè)移運(yùn)動(dòng)；飛機(jī)姿態(tài)變化的三個(gè)自由度，即：俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航運(yùn)動(dòng)。即三個(gè)線運(yùn)動(dòng)自由度和三個(gè)角運(yùn)動(dòng)自由度。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)32§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱二、飛機(jī)空間運(yùn)動(dòng)的自由度在實(shí)際情況下，一般把飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)分成兩種運(yùn)動(dòng)，即縱向運(yùn)動(dòng)和橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)?？v向運(yùn)動(dòng)是指飛機(jī)對(duì)稱面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。

縱向運(yùn)動(dòng)包括飛機(jī)的進(jìn)退、升降和俯仰。橫向運(yùn)動(dòng)是指飛機(jī)非對(duì)稱面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。

橫向運(yùn)動(dòng)包括飛機(jī)的側(cè)移、橫滾和偏航。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)33§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)飛機(jī)的基本指標(biāo)包括兩部分，即機(jī)體指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)。1.飛機(jī)的機(jī)體指標(biāo)飛機(jī)機(jī)體指標(biāo)是指對(duì)飛機(jī)外觀的描述，主要的機(jī)體指標(biāo)為飛機(jī)的高度、機(jī)長(zhǎng)以及翼展，這三個(gè)指標(biāo)基本上表示了飛機(jī)的基本外部特征。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)34§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)（1）飛機(jī)的高度飛機(jī)的高度是指飛機(jī)機(jī)輪底部到飛機(jī)最高點(diǎn)之間的距離。（2）機(jī)長(zhǎng)機(jī)長(zhǎng)是指飛機(jī)最前端與其最后端之間的距離，分兩種：包含空速管的長(zhǎng)度和不包括空速管的長(zhǎng)度。（3）翼展飛機(jī)的翼展是指飛機(jī)兩翼尖之間的最大距離。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)35§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)2.飛機(jī)的性能指標(biāo)一般說來，飛機(jī)的性能指標(biāo)分兩類，即設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)際指標(biāo)。設(shè)計(jì)指標(biāo)是指在設(shè)計(jì)的初期由需求方提出的。實(shí)際指標(biāo)是指系統(tǒng)實(shí)際完成并交付使用所具備的性能指標(biāo)。由于飛機(jī)的用途十分廣泛，對(duì)不同用途的機(jī)，其性能指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)是不同的，比如殲擊機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的性能指標(biāo)就有很大的區(qū)別。但不論飛機(jī)的用途如何，以下幾種指標(biāo)是共同的。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)36§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)（1）飛行速度飛行速度是指單位時(shí)間內(nèi)飛機(jī)飛過的距離，分為地速和空速兩種。地速是指飛機(jī)相對(duì)地面的飛行速度。空速是指飛機(jī)相對(duì)其周圍氣流的速度。通常情況下，飛機(jī)的速度指標(biāo)還包括最大速度、最小速度和巡航速度。最大速度是飛機(jī)所能達(dá)到的最大飛行速度。最小速度是飛機(jī)能夠保持在空中飛行的最小速度。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)37§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)飛機(jī)在空中飛行，不可能一直以其最高速度飛行，而一般是以一種特定的速度飛行，其飛行的距離與其耗費(fèi)之比是最經(jīng)濟(jì)的，這種速度稱為巡航速度。（2）飛行高度飛行高度是指飛機(jī)與基準(zhǔn)面之間的距離。選取不同的基準(zhǔn)面來定義不同的飛行高度，常用的飛行高度包括：相對(duì)高度、真實(shí)高度、絕對(duì)高度、標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度以及無線電高度。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)38§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)相對(duì)高度是指飛機(jī)從空中到某一既定的機(jī)場(chǎng)地面的垂直距離。一般采用飛機(jī)起飛和著陸的機(jī)場(chǎng)為基準(zhǔn)定義的高度。真實(shí)高度是指飛機(jī)與它當(dāng)時(shí)的地面目標(biāo)頂端的垂直距離。由于地面是高低不平的，所以真實(shí)高度是隨時(shí)變化的。絕對(duì)高度是指飛機(jī)從空中到海平面的垂直距離。標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度是指飛機(jī)從空中到標(biāo)準(zhǔn)氣壓平面的垂直距離。無線電高度是指利用無線電測(cè)得的飛機(jī)與其正下方最高點(diǎn)之間的距離，基本上與絕對(duì)高度相等。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)39§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度=相對(duì)高度+機(jī)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度絕對(duì)高度=相對(duì)高度+機(jī)場(chǎng)標(biāo)高絕對(duì)高度=真實(shí)高度+地點(diǎn)標(biāo)高第2章飛機(jī)的基本知識(shí)40§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱三、飛機(jī)的基本指標(biāo)（3）航程飛機(jī)的航程是指飛機(jī)從起飛到著陸，一次不間斷飛行(空中不加油)所能飛行的最遠(yuǎn)距離，有時(shí)也用續(xù)航時(shí)間來表示這一指標(biāo)。而對(duì)殲擊機(jī)而言，一般用作戰(zhàn)半徑來衡量飛機(jī)的航程。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)41§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱四、飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（一）飛機(jī)的姿態(tài)角飛機(jī)的姿態(tài)角有三個(gè)，表示機(jī)體軸系與地軸系之間的關(guān)系1.俯仰角PitchAngle飛機(jī)機(jī)體軸與地平面之間的夾角，以飛機(jī)抬頭時(shí)為正。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)42§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱四、飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（一）飛機(jī)的姿態(tài)角2.偏航角YawAngle飛機(jī)機(jī)體軸在地面上的投影與之間的夾角，以飛機(jī)機(jī)頭左偏時(shí)為正。3.滾轉(zhuǎn)角Roll(Bank)Angle飛機(jī)機(jī)體軸與面之間的夾角，以飛機(jī)右傾時(shí)為正。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)43§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱四、飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（二）飛機(jī)的航跡角三個(gè)角度表示速度向量與地軸系之間的關(guān)系1.航跡傾斜角。OXq

軸與地平面的夾角，飛機(jī)上升為正，下降為負(fù)。2.航跡偏轉(zhuǎn)角，OXq

軸在地平面內(nèi)的投影AXqd與OdXd的夾角，以左偏為正。3.航跡滾轉(zhuǎn)角，OYq軸與Xq-A-Xqd平面之間的夾角，以O(shè)Yq在該平面之右為正。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)44§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱四、飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（三）飛機(jī)的氣流角1.迎角（攻角）速度向量V在飛機(jī)對(duì)稱平面內(nèi)的投影，與OXt軸之間的夾角，以V的投影在OXt軸之下為正。2.側(cè)滑角速度向量V與飛機(jī)對(duì)稱平面之間的夾角，以V處于對(duì)稱平面之右時(shí)為正。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)45§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行飛機(jī)之所以能在空中飛行以及完成各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，是由于氣動(dòng)力及氣動(dòng)力矩的作用。飛機(jī)所受的氣動(dòng)力包括升力、阻力和側(cè)力，另外還有發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。氣動(dòng)力矩包括俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩。1.飛機(jī)的氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力是飛機(jī)完成各種線運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力包括升力、阻力和側(cè)力。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)46§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行（1）飛機(jī)的升力在前面我們已經(jīng)介紹過伯努利方程。了解到流體在流動(dòng)中，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。飛機(jī)升力的產(chǎn)生就是基于這一原理。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)47§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行當(dāng)氣流流過機(jī)翼表面時(shí)，氣流在機(jī)翼上下表面的流管要發(fā)生變化，上表面流管變細(xì)，下表面流管不變或變粗，根據(jù)伯努利方程可知，機(jī)翼上下表面之問存在壓力差，于是產(chǎn)生了升力。飛機(jī)上產(chǎn)生升力的部位有機(jī)翼、機(jī)身以及平尾，但主要的是機(jī)翼。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)48§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行（2）飛機(jī)的阻力阻力是指作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力合力在氣流方向上的投影。阻力可分為兩部分：一部分與升力無關(guān)，稱為零升阻力;另一部分是由升力誘導(dǎo)產(chǎn)生的阻力，稱為升致阻力。零升阻力：零升阻力包括摩擦阻力、壓差阻力和零升波阻，這些阻力形成的根本原因在于氣流與飛機(jī)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)49§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行升致阻力：由于飛機(jī)飛行不是絕對(duì)的水平飛行，這樣產(chǎn)生的升力也就不可能始終保持與氣流方向垂直，這樣就會(huì)有兩個(gè)分量產(chǎn)生，一個(gè)是垂直于氣流的運(yùn)動(dòng)方向，一個(gè)是平行氣流方向，后者一般與氣流方向相同，因而形成阻力，由于該阻力是由升力的分量形成的，所以稱為升致阻力。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)50§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行另外，作用在飛機(jī)上的阻力還有操縱面偏轉(zhuǎn)引起的阻力，它們的作用主要是為了產(chǎn)生操縱力矩。但是，該類阻力是必須存在的，就是利用它的存在，才能完成對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的操縱。（3）飛機(jī)側(cè)力飛機(jī)的側(cè)力是指與機(jī)體橫軸同向的氣動(dòng)力，主要是在飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)與氣流方向不一致、飛機(jī)帶有一定的傾斜角以及飛機(jī)的方向舵和副翼偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)51§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行2.飛機(jī)的氣動(dòng)力矩作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力矩，可以使飛機(jī)完成各種角運(yùn)動(dòng)。作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力矩包括俯仰力矩、橫側(cè)向力矩（滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩）。（1）縱向氣動(dòng)力矩根據(jù)縱向運(yùn)動(dòng)的定義，縱向氣動(dòng)力矩指的是飛機(jī)的俯仰力矩。飛機(jī)在俯仰力矩作用下發(fā)生的繞機(jī)體橫軸的運(yùn)動(dòng)為俯仰運(yùn)動(dòng)。飛機(jī)在縱向運(yùn)動(dòng)中所受到的作用力包括重力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、升力和阻力。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)52§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行由于重力作用在飛機(jī)的重心，因而不產(chǎn)生俯仰力矩。發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是否產(chǎn)生俯仰力矩決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝軸線與飛機(jī)的軸線重合，則不產(chǎn)生俯仰力矩，否則就會(huì)產(chǎn)生俯仰力矩。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)53§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行在飛機(jī)上產(chǎn)生俯仰力矩的主要是飛機(jī)的升力、升降舵的偏轉(zhuǎn)和飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)。①升力產(chǎn)生的俯仰力矩由于飛機(jī)的升力合力的作用點(diǎn)一般不在飛機(jī)的重心處，因而就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的俯仰力矩，這也就是為什么飛機(jī)在平飛時(shí)飛機(jī)本身不水平的原因。一般情況下，飛機(jī)平飛時(shí)升降舵面要偏轉(zhuǎn)一定的角度，使飛機(jī)帶有一定的俯仰角，就是為了克服由升力而產(chǎn)生的俯仰力矩。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)54§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行②升降舵偏轉(zhuǎn)形成的俯仰力矩升降舵偏轉(zhuǎn)，作用在它上面的氣動(dòng)力就會(huì)發(fā)生變化，主要是它產(chǎn)生的升力(大小、方向)發(fā)生變化，再就是作用在它上面的阻力也會(huì)發(fā)生變化。由于它距離飛機(jī)的重心位置較遠(yuǎn)，同樣的作用力就會(huì)產(chǎn)生很大的俯仰力矩。該力矩主要作用就是控制飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)55§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行③飛機(jī)俯仰產(chǎn)生的俯仰力矩當(dāng)飛機(jī)做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)改變作用在飛機(jī)上的縱向氣動(dòng)力，從而導(dǎo)致氣動(dòng)力矩的變化。特別需要說明的是，當(dāng)飛機(jī)有俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)改變飛機(jī)的阻力，而阻力會(huì)產(chǎn)生阻擋飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng)的力矩。該力矩被稱為縱向阻尼力矩，阻尼力矩是飛機(jī)是否具有縱向穩(wěn)定性的關(guān)鍵。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)56§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行（2）橫側(cè)向氣動(dòng)力矩橫側(cè)向氣動(dòng)力矩是指飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩，飛機(jī)在這兩個(gè)力矩的作用下發(fā)生繞機(jī)體縱軸和機(jī)體立軸的角運(yùn)動(dòng)。除了重力造成的側(cè)力外，其它側(cè)力均不通過重心，因而將產(chǎn)生橫側(cè)向氣動(dòng)力矩。產(chǎn)生橫側(cè)向氣動(dòng)力矩的重要因素有：方向舵和副翼的偏轉(zhuǎn)、飛機(jī)的橫滾和偏航運(yùn)動(dòng)。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)57§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行①滾轉(zhuǎn)力矩的產(chǎn)生飛機(jī)滾轉(zhuǎn)力矩的產(chǎn)生主要是由飛機(jī)的副翼偏轉(zhuǎn)和飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。當(dāng)飛機(jī)的副翼偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于副翼是差動(dòng)偏轉(zhuǎn)，造成飛機(jī)左右機(jī)翼升力不均而產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩。而當(dāng)飛機(jī)有滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向阻力，進(jìn)而產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩，與飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩一樣，該力矩也是阻尼力矩，保證飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)58§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱五、飛機(jī)的飛行②偏航力矩的產(chǎn)生飛機(jī)的偏航力矩主要由飛機(jī)的方向舵偏轉(zhuǎn)、飛機(jī)的偏航運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生：該力矩的產(chǎn)生與升降舵偏轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生俯仰力矩的原理是相同的。滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)二者不像俯仰運(yùn)動(dòng)那樣具有獨(dú)立性，而是相互關(guān)聯(lián)的。在分析時(shí)，一般不得獨(dú)立分析，而是同時(shí)分析，所以飛機(jī)的橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)要比縱向運(yùn)動(dòng)復(fù)雜得多。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)59§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱第2章飛機(jī)的基本知識(shí)60§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱常規(guī)飛機(jī)的操縱機(jī)構(gòu)主要有三個(gè)：

駕駛桿、腳蹬、油門桿，常規(guī)氣動(dòng)舵面有三個(gè)：升降舵、副翼、方向舵。升降舵，位于水平安定面后緣，操縱桿操縱。方向舵，位于垂直安定面后緣，腳蹬操縱。副翼，位于主機(jī)翼翼后緣外側(cè)，駕駛桿操縱。油門桿，發(fā)動(dòng)機(jī)油量控制，位于駕駛艙。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)61§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱近代飛機(jī)采用“主動(dòng)控制”新技術(shù)（在后面會(huì)詳細(xì)講），除原有舵面外，增加一些新的操縱面。飛行器的運(yùn)動(dòng)具有六個(gè)自由度，是很復(fù)雜的，只有使操縱機(jī)構(gòu)正確動(dòng)作，才能完成預(yù)定的飛行任務(wù)因此基本操縱機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)極性及其所產(chǎn)生的力距的極性，對(duì)自動(dòng)控制飛行器的分析是很重要的，必須掌握。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)62§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱升降舵偏角用表示，向下偏轉(zhuǎn)為。團(tuán)中標(biāo)明了操縱機(jī)構(gòu)的正偏轉(zhuǎn)方向以及力矩和角速度的正方向。方向舵偏角用表示，向右偏轉(zhuǎn)為正副翼偏角用表示，右翼向下，左翼向上為正。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)63§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱油門桿前推時(shí)油門加大，取為正，反之為負(fù)。

操縱面的正偏角產(chǎn)生負(fù)控制力矩（油門操縱例外）注意：不同的參考文獻(xiàn)中所采用的坐標(biāo)系正方向與我國(guó)不盡相同，舵面偏轉(zhuǎn)的極性規(guī)定得也不同，參閱時(shí)要特別注意。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)64§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱飛行器在大氣中飛行時(shí)，其表面分布著空氣功力。這些力可歸化為一個(gè)作用于飛行器重心的合力R（總空氣動(dòng)力）和一個(gè)繞重心的合力矩M（總空氣功力短）。在空氣動(dòng)力學(xué)中，我們采用總空氣功力R和總空氣動(dòng)力距M在某個(gè)坐標(biāo)系上的投影（分量）來研究問題，而不是它們本身。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)65§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱R沿速度坐標(biāo)系的分量Xq、Yq、Zq，分別稱為阻力、升力和側(cè)力。規(guī)定Xq（阻力）

沿OXq

軸的負(fù)向?yàn)檎琘（升力）的正方向與OYq軸一致。Zq（側(cè)力）的正方向與OZq軸一致。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)66§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱六、飛機(jī)的操縱M

沿機(jī)體坐標(biāo)系的分量Mx、My、Mz，分別稱為滾轉(zhuǎn)力矩、偏航力矩和俯仰力矩。他們的正方向與機(jī)體軸正方向一致。注意，在實(shí)際分析中，往往不利用力和力矩本身去分析飛機(jī)的受力，而是采用無量綱的氣動(dòng)力系數(shù)和力矩系數(shù)去分析問題，這會(huì)使分析過程進(jìn)一步簡(jiǎn)化。第2章飛機(jī)的基本知識(shí)67§2.2飛機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)及操縱