自动飞行控制系统介绍

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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

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。
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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


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。
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
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第一节 飞行器的自动飞行
二、控制面 1、控制飞行器的目的是改变飞行器的姿态或空间位置，并在受干扰情况 下保持飞行器的姿态或位置。因而必须对飞行器施加力和(或)力矩，飞 行器则按牛顿力学定律产生运动。 2、作用于飞行器而与控制有关的力和力矩主要是偏转控制面（即操纵面） 产生的空气动力和力矩。一般飞机有三个控制面：升降舵、方向舵和 副翼。 3、由于航空技术的发展，仅靠改善飞机的气动布局和发动机的性能难以 达到对飞机性能的日益提高的要求。60年代飞机设计的新思想产生了， 即在设计飞机的开始就考虑自动控制系统的作用。基于这种设计思想 的飞机称为随控布局飞行器（Control Configured Vehicle简称CCV）。 这种飞机有更多的控制面，这些控制面协同偏转可完成一般飞机难以 实现的飞行任务，达到较高的飞行性能。当然控制面增多将使飞机自 动控制系统的设计更困难。
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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 13 点的物理量以及作用于物体的空气动力问题。
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自动飞行控制系统
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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
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