飞行力学第三章-机动性

1、第三章飞机的机动飞行性能31机劭他行时的过我32覇翁而內的机劲他行3.3水年而內的机働1k行34空间机动他行35机劭性他隙合今析3.6越普建權机的机渤性特止37机劭钳辔榆奉赦2喘A研究内家基本性能 续航性能机动性能第昌章：fit定帝直线飞行非定帝机动飞行运动参数和轨迹均随时间变化帝规机动:盘丸水平加减速、更升、俯冲、筋斗、 转弯、上升转弯、半滚倒转等特殊战术机动：桶滾、剪刀又、split-s等过夾速机动：眼镜蛇i、Herbst.尾冲等E行器E行力学2010第三*: nt z机动飞行的受力特性.运动特性;机动性能的评估指标；机动性能的计算模型和方法； 机动性能的影响机动飞行的稳定性和操纵性，控制

2、律设计等_第三幸：lit zA机动性走义飞机蛊一定时间内改变飞行状态（飞行富度、 飞行速度丸小和飞行方向丿的能力。机动性能指标是针对典矍机动动作来定义。»机动动作分类4&垂平面内机动水平加减速、更升、俯冲、筋斗等转弯等水平平面内机动E行器E行力学2010E行器E行力学2010空间机动Al AAr H上升转弯、半滚倒转等能量机动性救捷性第三幸：fit ()A机动性指标的发侵飞机改变动能、住能和空间後置的能力飞机改麦机动飞行状态(飞行姿态和飞行轨迹)的能力作战效能飞机/武赛/雷达/火控等构成的综合糸统的作战能力3A洌动飞行的过载A 过载(load factor)作用在飞机上除重力

3、之外的合外力与飞机重量 之比。又称过栽糸数。一 N A + Tn = 一 =W W过丸为矣量，选取参考坐标糸，描述分量航迹柚糸E行器E行力学2010A航迹軸糸%航迹偏转角7航迹倾斜角JkE行器E行力学2010按航迹轴糸ii =切向（纵向） 过栽nT沿飞行速 度矣方向水平面内 垂直于追矣冻向过载垂直于速度矣量2 2+1K钙垂面内垂直于速矣E行器E行力学2010运动与逮载的美纟T_Dn =x WLsinu nv =J WLeos a n7 =z W注意冬的方向无侧滑、推力沿遠度方向对航迹坐标糸中的 质心运动方程dV= T-D-Wsinvdt/mV cos/- = Lsin/z定义dt-mV 鴛=-

4、Leos“+W cos/于= g(x -sin/)< Vcosy = g dtv = g(nz-cos r) atE行器E行力学2010一、运动与过戳的美索（娱丿<4t于弋（“sin刃E行器E行力学2010nx = sin 丫等速飞行nx >sin/ 力口速飞行nx v sin y分 减速飞行E行器E行力学2010一、运动与过戳的关索（垛）1、假设飞机在轲垂面内飞行nz > cos 了分轨迹向上弯曲 代二cos 7轨迹为直线 nz < cos y分轨迹向下弯曲一、运动专过载的美索（续）转夸速率 7二暮（兔一cosy*务（“一cosy）at VVn dy V2转冷徑

5、心/厂乔両）E行器E行力学2010一、运动易过筑的美索(续)2、假谡飞机在水平面内飞行dVdtny>0分轨迹向右弯曲 兀丁 = 0分轨迹为直线 ny<0分轨迹向左弯曲vLdt=1(b)水平面E行器E行力学2010转育速率转弯半检3、总结栽鸽美索（续）恥仔V2gj；_lE行器E行力学2010E行器E行力学2010（时 盛给走飞行速度下，法向过载越大，转弯角速度 就越大，转弯半检就越小；（b）淮.给定法向过载下，飞行速度增加，转穹角速度 减小，转弯半徑增大；二过载展制飞机的出向过载增加，机动性也增加，飞机上各个部件 及飞行员所承受的娥持也增加，可能会起过其承载能力歼击机：圭要受飞行员承

6、载能力的限制，_般小于9；民机：圭要旻顾家承载能力限制,最大不大于2；大型飞机：圭要受结构强度限制，最大过载盛2535；參尊监郃入过载、可用过载和需用过载等2、可用过载二、过载限制1.极限过载飞机的迎角达到失速速角时的出向过栽，与Csq对应.最丸朮偏角时飞机飞机所能产生的法向过戟®才这里的最 丸舱偏角应考虑飞机的操纵敢能、夬速及结构强度限制3、需用过载飞机卖现禁机动时所需的法向过戦AE行器E行力学2010E行器E行力学2010三者关糸:E行器E行力学2010当飞机在鉛垂平面运动对的过载切向 过栽过栽Ta cos（a +（p）-DWTa sin（a +（p） + LW注意耳的 方向。E

7、行器E行力学2010三、飞行员处的过筑A过载反映机动飞行对驾肢员的磁觉主要取决于座椅支反力设飞行加速度为/ ,则a=（A+T +mg）/m =ng + g （飞机加速度）=（戸m1g）/m1 =空+ g（驾软员加速度）座椅支反力寓感员质量 F =HWt匝=1，戒覺同静止ii >1，越重 w|<rA< .机动飞行时驾茨员将威受到等于方身重量於僖的力A K3.2飞机虚無龔平面内飽机动飞行牲僞、平飞加减速衡量飞机改变速度大小的能力，即速度机动性。1指标加减速时间:0.7% T0.97人疵，vmax 一07Vmax （亚音速飞机）hvcr ）ovmax （4起音速飞机）E行器E行力学

8、20102.平飞加减速动力学方程近似地认为（a + 0）不大，则dV g心 AT=旦(卩一。)=dt WWL = W心0加速 减速dV (T 1、jr=g(w_7飞行中需不断调整么满足平飞条件。E行器E行力学2010E行器E行力学20103、平飞加减遠性能指标计算g h “x g v" ATh g k at 2g k atE行器E行力学2010A图解积分法E行器E行力学2010受/、构形、油门影响：一般加速时满油 门；减速时小油门，并打开减速裝置。示例（发动机加力）H(m)AV(m/s)平均AIXN)加速时间50002222501226011.315000222250294047加减

9、速性能与构造参数关糸结论推重比升阻比增大推重比，提富升阻此，可改專加速性能；相反, 则可改算减速性能。3.2飞仙虚侖垂平面内的肌动飞行性籠跃升衡量飞机由动能换取势能、迅速获取壽度优势 的能力，即嵩度机动性。H°，V。E行器E行力学2010g dt性能指标AHmax,跌升动力学方程=T-D-W sin y铅垂面质心运动的、 '一般方程。可数值求解。V /E行器E行力学2010A能量法3、跃升性能计算方肉假没：的平均做功为零，飞机总机械能不变。w进入跃升竝= H" +坯用w退出更升E= HV + V；2gE.=E.=> AH = H1-H0=(V02-V12)问題

10、：若叫仁匕！，则Hf，与飞机特性无关?E行器E行力学2010A给定V。、求 AHmax若V*，则o片下限:2WC L.aP匕本身与H,有关, 需迭代求解。E行器E行力学2010求得1估计：K => H； = H0+ (V02-K2) 2g由 H； => C => Ma： = V： W => CL a2WVf,=a qcys送代达到计算精嵐。A给Ho,若匕仁则AHf oAmax=(Votax-K2)2g>E0 t,则比 t ov2 y2Hi =(H°+亍-)一才- =>HiTmaxo<2g 2gy2(Ho + ) 一> max2gE行器E

11、行力学20103.2飞机雇您墓平而内的机动飞41性健三、动升限通过趾升可以达到的最 丸苗度，Hmm!maxedHmax.d = (Hq + ° )max2gmax>d=（码+A示例V2F a2gV2aMaH厂H的动力max.d max.a ""'壽度飞行施圄，可持续一段减速平飞/E行器E行力学20103.2飞机虚侖萋平莎内的珈动飞行性能四、俯冲衡量飞机由势能换取动能、迅速吟低富度增加 速度的能力 > 即速度机动性。H1M1、指标俯冲极限速度匕丿，壽度损AAHE行器E行力学2010费®HW俯冲动力学方程 = Vsiny /dtdHV 立

12、=Leos/-W cosy盯、g dtit度吏化不*V2sinyg(nu cos/z-cosy)速度矣量滚转角“升力方向与舍速矣的4&垂面 /夹角。/!淮.对称面内 与速矣垂直°%k平面“ + ”：右翼下沉E行器E行力学20105皿燈小ydH . V g(® cos - cos y) 0 dy g (nH cos / -1)MW®更车推力氐似 为零 丿w dV- = T-P-Wsin/L = W cos/dV dV dH TZ dV T7 . dV=V,= V sinrdt v dHdHdt dHE行器E行力学2010E行器E行力学2010TaCD-pV2

13、SW sin yE行器E行力学2010速度变化剩余推力近似为零 丿dVV sin y=dy nz - cos yJX7加速段：D <-W sin/=> >0=> V Tdt极限速度：HD t = Wsin/ =>Vdl = 2(T-Wsin7)/pCDS 减速段：Hl,D>W Sin/=><O=>V4<dtWdV.=(Ta -Z>)_W sin/ g dt=(n -cos/)dt v z rdVsin yT=ayVnz 一 cos y积分得改出速度过载不变v=v 冬cos”"-1 nz _1近似认为推力与阻力相等，根据

14、能量守恒得 高度损先ah = H =鲨（口勢)2-1算例计算垂直俯冲，岭=338加/舟n7 = 6V = 406m/ s; AH = 2565m; n = & V = 386/n /= 1784/no改出俯冲对富度损夬大，为安全起见，要有一定富度赭 备，同肘，增加改出肘的过裁4。32飞机盛侖垂平面内的机动飞好程能、篇斗在4&垂平面内作360度的曲线运动的一种机动飞行。最小允许机动速度亿）机动=Jc ： = 少"“33飞机虚水平竿面内的机动飞行性能水平面机动：定帝盘旋：运动参数不随时间变化的盘淡。正帝盘炎:无側滑的定常盘淡。衡量飞机改变速度方向的能力,即方向机动性。 盘

15、灌： 水平面内连续转弯不小于360度的机动。 转穹： 飞行方向连续麦化小于360度的机动。正帯盘炎性能指标正带盘淡丰徑R正带盘淡一周肘间T正帝盘淡角速度3E行器E行力学2010一、正常盘淡动力学方程切向 T cos(a/?) - D = 0=0T严DLcos/z = WW V2Lsin/ =E行器E行力学2010E行器E行力学2010W V2水平巴吆=(T sin(a -k) + L)sin “ = 出向g力/E行器E行力学2010正常盘炎指标计算_ Leos/ z = WLsin/J尤-1皿匚=> sin u =COS “nnV2V2一1 V2g Lsin/ g nn sing花T V

16、2ttR 2tcV三、影响性能指标的因素和盘炎限制1.盘淡时，“ H O,cos“ v lnH >2若v/或叫T ,则,盘炎性能提富3.限制：“上限-需考虑结构强度及刚度和人的耐过载能力。如战斗机%."9,大型机2.535,容机叫皿=2V下限.1） V > 匚卫二2）满足发动机推力限制吶一巧RcosMmTa=D>Dlf三方面限制：1）结构承载、生理承载2）（7山3）推力四、正常盘炎：极限盘炎性能图及界限图 极限盘炎 飞机处于前述三种限制之一的盘逢状态 极限盘炎性能图三种限制下tinmaxRfT, co随V的变化曲线11®D = CDjpV2S = CD.q

17、S + AnW2 /(qS) = D 期 + nDiAfE行器E行力学2010极限盘炎性能指标及界限图正常盘旋性能图正常盘旋界限图BC和DE段：受发动机推力限制:T = 2tiR/VCD孤段：受最大过载限制E行器E行力学2010E行器E行力学2010min %伽O (/?/V)min AB段：受升力糸数限制E行器E行力学20103.4飞机的变同飙动飞行空间机动飞行是同肘改变飞行速度、富度和方向的空间特 技飞行。飞行轨迹不仅在水平面内的投彩是弯曲的，且还 有富度的变化。这种运动是以一定的法向过丸和滚转角紀 合变化来卖现的。、常见的空间机动1斜筋斗A斜筋斗的轨迹伐于与水平面成一屮角的空间平面内。

18、其飞行动作卖际上是斛斗和盘炎结合起来的一种特技动作，如果屮角不大，它接近 于非定帝去森。(a)斜筋斗E行器E行力学2010飞机的变同机动飞待（续）沁2战斗转专乘A迅速上升，堆增加富度的同肘改变飞行方向180°的机 幾动飞行，称为战斗转弯，又称上升转弯。在操纵上，转 Bl半段圭要是增加富度，后半段在增加富度的同肘增 鹼大滚转角和偏航角，使飞行方向改变180°。飞机的空间机动飞行（续）湧3横滚飞机基本椽持原运动方向，壽度改变小，且统 :逐誰零纵柚滚转的飞行动作称为橫滚。按滚转角的大 小，横滾可分为丰滾（滾转180°丿、全滚（滾 :瘗暢转360。）和连续横滾。需全滚对，

19、由于升力方向不断改变，重力得不到升力 的平衡，飞机会自动掉富度。为了使全滾改出不掉 嵩度，应使飞机处于上升状态，使全滚希半段增加 一定嵩度，以猱补后丰段所掉富度©横滚飞机的空间机动飞行（续）迄讓黑4 战斗丰滾（丰筋斗翻转）垂平面内迅遠增加高度的同对改变飞行方 蒸參*耄向180°的机动飞行。其蔚段的轨迹与筋斗相 看同，当飞机快到达筋斗的顶点机轮朝上对，电竺 廳预定方向柔和压杆和疫聽飜乖，使飞机沿纵柚滚转180° ,然后平飞，所以后丰段动作与丰滾相一） X）做。十二一二七 飞机的空间机动飞行（续） 湧5丰滾倒转.7員養耶醫A半滾倒转是在初垂平面内迅遠吟低富度的同对 討

20、養H零改变飞行方向180°的机动动作。该特技动作耆 矚悻先是使飞机统纵轴滾转180° （半滾丿，然后完 成筋卄后-半动作。E行器E行力学2010飞机的空间机动飞行（续）窗賤6. Herbst机动議§罪|誇A过夬遠下绕速度矣量滾转、小半徑、快遠改变 WfiEi 1*°°飞行方向的机动。E行器E行力学20107 飞机的空间机动飞行（续）裁璧7.剪刀机动方的动作交又蛊一起就形成了剪刀机动该因片由279570145上传至Tiexue.Net因片版权归原创者所有E行器E行力学20108.桶滾机动A桶滾这个名字是从塢机行进路线而来的，桶滾 不仅是飞行特技P

21、也是一种攻寺兼备的机动动作E行器E行力学2010E行器E行力学2010E行器E行力学2010二.空间机动的计算无侧滑、推力沿飞行速度方向，用过载表示 的质心方程dV ,.、= g(wx-smr)atdyV cos/= gnyV = g(n7 - cos r) dt z /dx一-=V cos y cos % dtdy= V cos y sin %= -V sin ydt dtE行器E行力学2010以过载为控制量。给定初始条件，根据空间机 动特点，给出过载随时间变化的规律，积分运 动方程即可。 IE行器E行力学201035飞机机动牲能的餘含分析飞机（战斗机丿的真卖机动带帝是需要将加减速、上升、

22、转考等同肘进行的复杂过程，其优劣需综合分析比较。一、能量机动能量机动性指飞机農飞行中改变动能、伐能和空间住 置的能力。A单住剩余功率能量机动图A纵向过载能量机动图能量机动效率图A持续转考角速度图飞行器飞行力学2010单住剩余功率A单住剩余功率(Specific Excess Power, SEP)单伐重量能量Es=H+V2/(2g)詆p综合反映了特a (匕H,®)条件下飞机改变 机械能的快慢，即速度、 高度综合机动性，与®一 兰可全面反映飞机机动生yd(y2+ HdEs-(TD)v-v；dt&丿dtwvdEsV dVdHV dVdHdt-=卜=(+1)-g dtdt

23、g dHdt= SEP飞机多痢能量 水平'又称能平 V dV Vv =V /(+ 1)v v gdHSEP用于反映/升性能等E行器E行力学2010dHedt越咅速飞机最优爬升航迹图:mm0v.max0.52.07=V； =SEPfHe2 dHdHfHe2h S%E行器E行力学2010A纵向过栽能量机动图E行器E行力学2010A能量机动效率图毁 飞机谪耗单铉燃油量所能得到的能量富度 的增量dH dH /dt SEP反映能量转换效率。A持续转弯角速度图正常盘炎的角速度。反映转弯性能p方向机动性。E行器E行力学2010E行器E行力学2010E行器E行力学2010二.综合机动性能参教讓由平飞单住重量剩余功率、稳走盘炎过栽和最大允许过 gig载构成的综合参数来反哝空战机动能力OK 咗 SEP+cx嬖卷旋过载典型加权糸数数值:a=89, b=400m/s，c=l，d=051根据不同的性能着重 A采取合适的权值。n.sn.maxE行器E行力学2010其它综合机动性能参数单伐重量剩余功率.稳定盘炎过载和最丸允许 过戟与推重比.翼载持密切相关。K2=x100%2 w/sE行器E行力学2010E行器E行力学2010K25