ESDU 86021 B-1987
气动导数导论 运动和稳定性方程

INTRODUCTION TO AERODYNAMIC DERIVATIVES@ EQUATIONS OF MOTION AND STABILITY

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标准号

ESDU 86021 B-1987

发布

1987年

发布单位

ESDU - Engineering Sciences Data Unit

当前最新

ESDU 86021 B-1987

 

 

适用范围

“简介 一般说明 为了确定飞机在给定的调整稳定飞行条件下是否稳定，有必要分析飞机在受到来自该基准飞行条件的小扰动（或摄动）后的运动。如果扰动消失飞机是稳定的，如果不稳定，则飞机不稳定。通过推导代表方程来分析飞机的运动通常很方便。这需要了解作用在飞机上的空气动力和惯性力。小幅运动后的运动扰动可以通过从一般刚体运动方程发展而来的线性准稳态扰动方程来描述。虽然飞机是一种柔性结构，但通过修改空气动力学，通过刚体的运动方程来研究其动态行为是可以接受的。导数来解释低频空气动力和惯性载荷下的准稳态结构弯曲。扰动方程可以根据所谓的“特征”多项式方程的根进行分析。根的值决定了飞机是否稳定。在扰动方程中，空气动力和力矩的影响通过空气动力导数来表达。本条目的目的是展示这些空气动力学导数与特征方程根之间的联系。基本飞机的自然动态行为可以通过在整个飞机系统中包含不同复杂程度的某些自动飞行控制功能来人为地改变。据说这架飞机随后得到了增强。简单？稳定性增强？例如，可以由偏航或俯仰阻尼器提供，其中控制装置操作以抵抗感测到的干扰。动力学子系列的项目编号 83024（参考文献 26）说明了偏航阻尼器的操作。在更复杂的情况下，纳入控制系统的设计功能可以包含“操纵命令”。响应飞行员指令提高操控质量的系统@放宽了对自然稳定性的要求@防止飞机误操作的保护系统@以及结合直接力控制的主动控制技术的许多方面。所有这些都在参考文献 28 中进行了讨论。任何此类系统都需要在运动方程内进行建模。尽管如此，即使在先进的设计中，未增强飞机的动态行为作为子系统仍然很重要。出于本项目的介绍目的，将注意力限制在未增强的飞机上就足够了。多年来，不同作者所采用的描述飞机动态运动的符号有所不同。多年来，参考 5（布莱恩特和盖茨）系统在英国得到广泛使用。然而，这个系统和其他系统都有一个缺点，即符号本身和它们所代表的物理量之间经常会失去可识别的联系。为了解决这个问题，霍普金在参考文献 16 中发布了一个可以推荐普遍采用的通用系统。该参考文献包含了飞机动力学和相关空气动力学命名方案的完整描述。完整形式的多功能性使其在最严格的情况下也能毫不含糊。在要求不高的情况下，通常可以进行相当大的简化。该系统为国际标准化组织 (ISO) 在参考文献 18@ 中采用的符号提供了许多背景材料，并在 ESDU 动力学子系列中使用，在项目编号 67001 至 67003 中对其进行了详细描述（参考文献 12 至 14）。 Reference 16 的系统也已成为空气动力学子系列的标准配置。参考文献 16 中有用于与参考文献 5 的系统进行转换或从参考文献 5 的系统进行转换的系数表。项目的组织第 3 节介绍了空气动力和力矩及其导数的概念。给出了以无量纲形式表达这些量的系统方法。提供了用于计算与纵向运动变量相关联的导数的方程，并且参考了包含用于预测与横向运动变量相关联的导数的方法的现有项目。给出的表格显示了本项目符号与美国最广泛使用的符号所表示的导数之间的换算系数。第 4 节开发了被视为刚体的飞机的一般运动方程，并展示了如何形成线性准稳态扰动方程。这些方程严格地仅适用于无穷小的扰动，但只要不偏离线性度，它们就可以以良好的精度用于相当大的振幅。第 5 节描述了扰动方程分析的原理，并表明在某些简化假设下，它们分为两个独立的集合，涉及飞机的纵向和横向运动。对一架飞机进行了详细研究，该飞机在控制装置固定的情况下，在直线和对称稳定飞行中受到轻微干扰。参考静态裕度和机动裕度的经典概念的联系。考虑因素主要局限于固定控制的稳定性，因为电动控制的出现现在使得无控制稳定性问题不像过去那么重要。第 6 节包含参考文献列表。第 7 节给出了一个研究民用喷气运输飞机控制固定纵向和横向稳定性的实例。附录A包含对固定控制和无控制纵向稳定性问题的传统处理方法@从考虑静态稳定性开始@，仅涉及飞机在直线飞行时产生的静力和力矩的平衡它从修剪状态受到轻微干扰。然后介绍了静态裕度和机动裕度的概念，并从动态意义上讨论了静态稳定与一般稳定的关系。值得注意的是，可以在不明确参考静态稳定性概念的情况下研究飞机的总体稳定性。附录 B 以简单的物理术语描述了飞机在受到小扰动后可能出现的常见横向运动模式。”

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