航空飞行器飞行动力学-部分课后习题答案7-8单元

影响因素：Cnβ>0时， 航向静稳定，该稳定性 导数主要由垂尾提供。
无尾飞翼布局飞机,无垂尾, 可能呈航向弱静不稳定。
8.2 横向静稳定性
横向静稳定性：飞机在平衡状态下受到非对 称的外界扰动，产生小量滚转角,若Δφ>0，扰动 消失后，重力和升力的分量使飞机产生右侧滑 Δβ>0，驾驶员不施加操纵时，飞机上将产生负 的滚转力矩使飞机机翼保持水平。
7.1 何谓飞行器全机焦点？分析影响焦点 位置的主要因素。 全机焦点（气动中心）为迎角变化时全机升 力增量的作用点。当迎角变化时，气动力对焦点 的力矩不变。 全机焦点取决于机翼焦点以及机身和平尾引起 的焦点变化量，机身使焦点前移，平尾使焦点后 移，因此焦点位置与飞机的气动布局有关。 焦点位置还与Ma有关，亚音速时焦点位于平均 气动弦前缘0.23～0.24，Ma数变化，全机焦点变 化不大；跨音速时，Ma增加，全机焦点迅速后移 ；超音速时焦点接近平均气动弦中点，Ma变化时 机翼焦点变化不大。
重心移动后，变化的量：与力矩有关的量Cmα 不变的量：焦点位置、升力曲线
8.1 方向舵固定在中立位置时，Cn～β曲线为什么 常通过原点，呈反对称变化？偏转方向舵时，如 在气动力线形变化范围，则曲线如何变化？
方向舵固定在中立位置时，通常情况飞机左 右完全对称，β=0时不产生偏航力矩，因此Cn～β 曲线常通过原点。 飞机航向静稳定时，β>0时产生正的偏航力矩； β<0时产生负的偏航力矩，由于飞机外形左右完 全对称，因此有Cn (β)= -Cn (-β)，即呈反对称变化。
8.2 横向静稳定性
注意：滚转角 的消除是通过侧 滑间接消除的， 因为滚转角并不 直接引起气动力 矩的变化。
L
C
M
影响因素：Clβ<0时，横向静稳定，该稳定 性导数受机翼的上反角、后掠角及垂尾的影响。
8.4 试推导因非对称装载在飞行器上作用有不对 称滚转力矩Δ L时，为保持定直飞行所需要的副 翼、方向舵偏角的表达式(设Cnδ a可忽略)。
xcg
如果迎角为0°时升力系数CL0=0，则迎角为4°：
CL 4 CL 0 CL CL 0 CL 4 / 57.3 0.2450
7.4 重心移动量为：
xcg Cm CL 0.025 0.005 0.245 0.0816
由于重心移动使俯仰力矩增大，因此可推测，重 心向前移动了0.0816 如果迎角为0°时升力系数CL0不为零，则计算结 果会有所变化，但方法一样。
为大的负值
dCm 0
dCL n 1 Cm CL Ma 2CL Cm Ma 0
跨音速时，dCm/dCL>0，飞机为定载静不稳定
7.3 说明飞行器在跨声速区飞行时出现“自 动俯冲”现象的物理原因。
在跨音速区域飞行时，飞机速度增加时，气动压力 中心迅速后移，产生大的低头力矩，而飞机此时为定载 静不稳定，低头后会产生使低头趋势进一步加剧的气动 低头力矩，因而会出现“自动俯冲”现象。
零迎角俯仰 力矩系数
Cm 0.5730 1 rad 可解得： Cm 0 0.0350
纵向静不稳定
静稳定导数： Cm CL Cm CL 0.1632
7.4
②飞机质心移动时，升力特性并不会发生变化。
CL
压力中心
Cm CL xcg
Cm 0
来自百度文库xcg
xac
x
' cg
8.1
如果气动力在线性变化范围内，若 r 0
Cn Cn Cn r r Cnp p Cnr r Cn a a
方向舵正偏 转产生的负 偏航力矩

Cn r
Cn
假设为零
Cn r

r 0
8.2何谓飞行器的航向静稳定性和横向静稳 定性？影响横航向静稳定性的主要因素？
dCm Cm M a Cm ( ) nn 1 dCL CL 2CL M a
dCm Cm ) nn 1 0 静载定不稳定 为大的负值，( 跨音速区 dCL M a 飞机在高空进入超音速飞行的过程中，飞行员一般不会 刻意操纵升降舵使飞机配平，飞机经历自动俯冲加速后， 待速度增加到一定程度时自动恢复平衡。（P220图7.13）
升力
飞机的横航向平 衡需同时满足侧 力、滚转力矩和 偏航力矩的平衡
C C r r L sin 0 滚转力矩 L L a a L r r L 0 侧风配 N N r r 0 平？ Cc Cc r r CL sin 0 假设滚转 角为零 写成无因次形式：Cl Cl a a Cl r r Cl L 0 Cn Cn r r 0
7.2 何谓飞行器的纵向定速静稳定性和定 载静稳定性？ 定速静稳定性：给定速度和升降舵偏角，飞 机在某一平衡状态受到扰动，迎角发生变化，扰 动消除后，飞行器将产生使迎角恢复到原有平衡 状态迎角的力矩。 定速静稳定条件： Cm 0, Cm CL 0
xb
CG
CL

M
焦点
7.2 定载静稳定性：飞机受扰动后，迎角和速度 均发生变化，在满足1g过载的情形下，飞机是否 具有恢复原有平衡状态的趋势。 定载静稳定条件： 跨音速时此项
航向静稳定性：飞机在平衡状态下受到外界 非对称瞬时干扰，产生侧滑，在驾驶员不施加操 纵的条件下，干扰消失的瞬时，飞机将产生使侧 滑角减小的偏航力矩，则称飞机在原平衡状态具 有航向静稳定性。
8.2 航向静稳定性
xb

Va
N
注意：扰动消失后，飞机产 生的力矩具有消除侧滑角的趋 势，即使机头沿来流方向的趋 势，而并非保持航向（χ）不变 。因此，航向静稳定性亦称风 标稳定性。
7.4 ①根据风洞数据确定飞机的静稳定导数； ②求质心的相对移动量。 ①由于纵向力矩系数与迎角成线性关系：
Cm Cm 0 Cm
Cm 0 Cm 4 / 57.3 0.005 Cm 0 Cm 6 / 57.3 0.025
代入迎角为4°和6°时的气动力矩系数：