自动飞行控制系统绪论第一章.详解

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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
三、飞行器运动的自由度 把飞机视为刚体，飞机在空间的运动有六个自由度，即重 心的三个移动自由度和绕重心的三个转动自由度。对飞机 来说，重心的三个移动自由度是速度的递减运动、上下升 降运动和左右侧移运动。三个转动自由度是俯仰角运动、 偏航角运动和滚转角运动。 1、纵向运动——包括速度的增减、重心的升降和绕 oy轴 的俯仰角运动。 2、横侧向运动——简称侧向运动，包括重心的侧向运动， 绕 oz 的偏航角运动和绕 ox轴的滚转角运动。
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第二节 空气动力学的基本知识
II I
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第二节 空气动力学的基本知识
（四）定常流与非定常流 如果流场中各点的速度、加速度以及状态参数等只与几何 位置有关而不随时间变化称为定常流。如果流场中各点的 速度、加速度以及状态参数等不仅与几何位置有关而且随 时间变化，则称为非定常流。空气动力学研究的大部分问 题是定常流问题。 （五）流动的相对性 依据运动的相对性原理，不论是物体静止、空气运动，还 是物体运动、空气静止，只要物体与空气有同一速度的相 对运动，流场中各点的物理量以及作用于物体的空气动力 就是完全相同的。因此，在讨论物体运动、空气静止情况 下的流场中各点的物理量以及作用于物体的空气动力问题 就可以等价于讨论物体静止、空气运动情况下的流场中各 14 点的物理量以及作用于物体的空气动力问题。
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第二节 空气动力学的基本知识


二、连续方程 m1和 V ， A1 ， A2 ， m2 表示截面Ⅰ和Ⅱ上的 1 ， 2 ， 分别以 V1 ， 2 气流速度，密度，截面积和流量。 由于空气流动是连续的，处处没有间隙，且我们讨论的是 定常流动，即流场中均无随时间的分子堆积，因而单位时 间内，流入截面积Ⅰ的空气质量必等于流出截面积Ⅱ的空 气质量。即： m1 1V1 A1 m2 2V2 A2 由于截面Ⅰ和Ⅱ是任意取得，上式可写成： VA m （常数） 这就是连续方程，是质量守恒原理在流体力学中的应用。
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第一节 飞行器的自动飞行
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第二节 舵回路、稳定回路和控制回路
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第二节 舵回路、稳定回路和控制回路



舵回路：由舵机加上反馈所形成的随动系统；其作 用是改善舵机工作性能。 稳定回路：由舵回路加上飞机姿态反馈元件、放大 计算装置组成飞机姿态自动驾驶仪，并与飞机形成 的回路；其作用是稳定与控制飞机姿态。 控制（制导）回路：由稳定回路加上飞机轨迹反馈 元件、放大计算装置组成飞机轨迹自动驾驶仪，并 与飞机形成的回路；其作用是稳定与控制飞机轨迹。
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第二节 空气动力学的基本知识
Vmax a
V a
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第二节 空气动力学的基本知识
飞机飞行速度的范围划分如下： 飞行马赫数 M 为飞行速度与远前方空气音速之比， M 0.5 时为低速飞行； 0.5 M M cr 为亚音速飞行； M cr M 1.5 为跨音速飞行； 1.5 M 5 为超音速 飞行；M 5 为高超音速飞行。
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第二节 空气动力学的基本知识
一、流场 （一）流场的描述 可流动的介质称为流体，流体所占据的空间为流场。描述流场的参数主要有： 流动速度、加速度以及流体状态参数（密度、压强、温度等）。 空气并非连续介质，因为空气分子间有自由行程。但这微小的自由行程与飞行 器的几何尺寸比较起来，完全可示为无限小，而且我们所研究的气流速度、加 速度、密度、压强、温度等物理量，是统计意义上的气体分子群参数，而不是 单个分子行为的描述。因此，当我们说流场中某点的流速和状态参数时，是指 以该点为中心的一个很小邻域中的分子群，称为流体微团。 （二）流线 流场中存在一类曲线，在某个瞬间，曲线上每点的切线与当地的流速方向一致， 这类曲线称为流线。因此，流体微团不会穿过流线，流线也不会相交。 （三）流管 由于流体微团不会穿过流线，我们可以想象许多条流线围成管状，管内的流体 只在管内流动而不流出，管外的流体也不会流入，此管称为流管。
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第二节 空气动力学的基本知识

上式可写为： 1 p V 2 P0 2

p0表示当动压为零时的静压大小。
这表明，在同一流管中，流速大的地方静压小，流 速小的地方静压大，静压最大处的流速为零，即为 总压。
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第二节 空气动力学的基本知识
四、马赫数 马赫数定义为气流速度 (V )和当地音速 ( a )之比：
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第一章 飞行原理


飞机控制系统的核心问题是研究由控制系统和飞行 器组成的闭合回路的静、动态性能，为此必须建立 控制系统和飞行器的数学模型，其形式可以是微分 方程、传递函数或状态空间表达式等。 飞行原理是研究飞行器运动规律的学科，属于应用 力学范畴。本章主要讨论在大气中飞行的有固定翼 飞机的运动特性，并简要介绍有关空气动力学的基 本知识。
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
（三）气流角 两个气流角表示速度向量与机体轴系的关系。 1、迎角 速度向量在飞机纵向对称面上的投影与 机体轴的夹角。以速度向量的投影在机体轴之下为 正。 2、侧滑角 速度向量与飞机纵向对称面的夹角。 以速度向量处于对称面之右为正。
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构



驾驶员通过驾驶杆、脚蹬和操纵杆系操纵舵面。规 定： 驾驶杆前推位移 We 为正（此时 e 亦为正）； 左倾位移 Wa 为正（此时 a 亦为正）； 左脚蹬向前位移 Wr 为正（此时 r 亦为正）。 油门杆前推位移 T 为正，对应于加大油门从而加 大发动机推力；反之为负，即收油门，减小发动机 推力。
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
二、飞机的运动参数 （一）飞机的姿态角 三个姿态角表示机体轴系与地面轴系的关系。 1、俯仰角 机体轴与地平面间的夹角。以抬头为 正。 2、偏航角 机体轴在地面上的投影与地轴间的夹 角。以机头右偏航为正。 3、滚转角 又称为倾斜角，指机体轴与包含机体 轴的铅垂面的夹角。飞机向右倾斜为时为正。 26
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
（二）飞机航迹角 三个航迹角表示速度坐标系与地面坐标系的关系。 1、航迹倾斜角 飞行速度矢量与地平面间的夹角。 以飞机向上飞行时为正。 2、航迹方位角 飞行速度矢量在地平面上的投影 与 og xg 间的夹角。以速度在地面的投影在 og xg 之右 时为正。 3、航迹滚转角 速度轴与包含速度轴的铅垂面的 夹角。以飞机的右倾斜为正。 27
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自动飞行控制系统
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内容及思考
飞行控制系统 自动飞行控制系统 功能？ 组成？ 工作原理？ 设计？ B737；A320示例
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绪 论
第一节 飞行器的自动飞行 一、问题的提出 1、飞机的控制过程
人工驾 驶或自 动驾驶
舵面 偏转 角
升降舵、 副翼、 方向舵
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第三节 飞行器空间运动的表示、飞机操纵 机构
四、飞机的操纵机构



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升降舵偏转角用 e 表示，规定升降舵后缘下偏为 正， e 的正向偏转产生的俯仰力矩 M 为负值，即 低头力矩； 副翼偏转角用 a 表示，规定右副翼后缘下偏（左 副翼后缘随同上偏）为正， a 正向偏转产生的滚 转力矩 L 为负值，即左滚转力矩； 方向舵偏转角用 r 表示，规定方向舵后缘向左偏 转为正， r 正向偏转产生的偏航力矩 N 为负值， 即左偏航力矩。
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第二节 空气动力学的基本知识ຫໍສະໝຸດ 也可以写成微分形式：
d



dV dA 0 V A


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在飞行速度不大的情况下，绕飞行器流动的流场各 点流速差异不大，温度、压强变化很小，因而密度 变化也很小，可以认为空气是不可压缩的流体， =常数。于是连续方程可以简化为： VA 常数 此时表明，流管截面积大的地方流速小，流管截面 积小的地方流速大。
姿态反馈
轨迹反馈
飞机
力矩
轨迹
角运动
姿态
力
飞机 线运动
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第一节 飞行器的自动飞行
2、人工操纵过程
陀螺地平 仪
眼睛
大脑
胳膊 手
驾驶杆
升降舵
驾驶员
飞机
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第一节 飞行器的自动飞行
3、自动驾驶过程
自动驾驶仪
敏感元件
放大计算 装置
执行机构
升降舵
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飞机
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第一节 飞行器的自动飞行
4、飞行控制： 人工操纵 自动控制：自动控制是指在没有人直接参与的条件下由控 制系统自动控制飞行器（这里主要是指飞机和导弹）的飞 行。这种控制系统成为飞行自动控制系统。 自动控制的基本原理就是自动控制理论中最重要、最本质 的“反馈控制”原理。 5、自动飞行控制系统的作用 对飞行器进行稳定 引导/制导飞行器：把飞行器按照一定的方式引导或制导到 一定的位置 改善飞行器的静、动态性能