飞行动力学 - 第11节-纵向静稳定性及各部件贡献 之 基础点摘要
- 1. 气流角
- 2. 操纵面偏角
- 3. 系数的符号
- 4. 纵向、横向、航向稳定性
- 5. 纵向静稳定性
- 5.1 定义
- 5.2 准则
- 5.3 举例
- 5.4 假设
- 5.5 分析
- 5.5.1 机身贡献
- 5.5.2 机翼贡献
- 5.5.3 尾翼贡献
- 6. 参考资料
1. 气流角
- 迎角:速度方向与机身在对称面投影的夹角
- 侧滑角:速度方向与机身对称面的夹角
2. 操纵面偏角
- aileron: δ a \delta_a δa
- rudder: δ r \delta_r δr
- elevator: δ e \delta_e δe
- flap: δ f \delta_f δf
- spoiler: δ s \delta_s δs
注:这里给出的主要是固定翼的操纵面角度。
3. 系数的符号
4. 纵向、横向、航向稳定性
- 纵向稳定性:轴向线运动、垂直线运动、俯仰角运动
- 横向稳定性:滚转角运动
- 航向稳定性:侧向线运动、偏航角运动
5. 纵向静稳定性
5.1 定义
5.2 准则
5.3 举例
#1 不稳定
#2 中立稳定
#3 稳定
5.4 假设
如果各个方向上面的静稳定性能够解耦,处理问题就想对来的简单。而实际情况并非如此,因此在讨论分析问题之前,基于事实和一些评估给出假设条件。
5.5 分析
整个飞机可以简单分为几部分:
- 机身(Fuselage)
- 机翼(Wing)
- 平尾(Tail)
5.5.1 机身贡献
以下是基于机身常规经验公式给出(类似偶极子的模型)。
根据上述模型看,机身是静不稳定的。
5.5.2 机翼贡献
在讨论机翼的静稳定性,需要线给出压心、焦点的概念:
- 压心:压力中心气动合力方向与弦线的交点。
- 焦点:气动中心点(在空气动力学里面是一个固定的点)
注:压心随迎角增加会前移。
通常情况下下,亚音速飞机的焦点位于25%的位置,而超音速飞机的焦点位于50%的位置。
从图中可以看出,随着迎角的增加,压心越来越接近焦心。
物理力学思路:
α
\alpha
α 增加时,如果Lw的增加能反向抵消
α
\alpha
α 增加,此时,系统是稳定的。因此,重心在前的机翼构型是稳定的,反之则不稳定。
5.5.3 尾翼贡献
由于机翼升力面的影响,对后面的平尾会产生下洗气流,因此会存在一个速度矢量(下洗角)。
从设计的角度,机翼&平尾都会有一个所谓的安装角度。根据定义推导公式如下:
公式已经比较明确的可以看出尾翼是提供稳定性的。
从物理思路看,尾翼远离重心位置,远在重心之后,平尾提供的升力肯定是给与更好的稳定性。
6. 参考资料
飞行动力学-第11节-纵向静稳定性及各部件贡献
重心与纵向静稳定性