自动飞行控制系统概述

航空自动化学院
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。
6
航空自动化学院
第一节 飞行器的自动飞行
7
航空自动化学院
第二节 舵回路、稳定回路和控制回路
8
航空自动化学院
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。
10
航空自动化学院
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。
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
3
航空自动化学院
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
4
飞机
航空自动化学院
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
航空自动化学院
自动飞行控制系统
1
航空自动化学院
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
2
航空自动化学院
第一节 飞行器的自动飞行
11
航空自动化学院
第二节 空气动力学的基本知识
II I
12
航空自动化学院
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。
9
航空自动化学院
第一章 飞行原理
来自百度文库

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。
14
航空自动化学院
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


15
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。
5
航空自动化学院
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。