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第二章飞行力学基础

2。1飞行器空间运动的表示、飞行器操纵机构、稳定性和操纵性的概念

常用坐标系

地面坐标系（地轴系）(Earth—surfacereferenceframe）Sg-oxyz

gggg

原点o

取自地面上某一点（例如飞机起飞点）.ox

轴处于地平面内并指向

g gg

某方向（如指向飞行航线）；oy轴也在地平面内并指向右方;oz

轴垂直地面指

gg gg

向地心。坐标按右手定则规定，拇指代表ox

轴，食指代表oy

轴,中指代表oz

轴，如图2.1-1所示.

gg gg gg

机体坐标系(体轴系)(Aircraft-bodycoordinateframe）Sb-oxyz

原点o取在飞机质心处，坐标与飞机固连。Ox与飞机机身的设计轴线平行，且处于飞机对称平面内；oy轴垂直于飞机对称平面指向右方;oz轴在飞机对称平面内；且垂直于ox轴指向下方（参看图2.1-1）.发动机推力一般按机体坐标系给出。

x

o?

o

?

y

?

z

yg

?

og

zg

图2.1-1机体坐标系与地面坐标系

速度坐标系（Windcoordinateframe）Sa-oxyz

aaa

速度坐标系也称气流坐标系。原点取在飞机质心处,ox

a

轴与飞行速度V的方

向一致。一般情况下,V不一定在飞机对称平面内。oz

a

轴在飞机对称面内垂直于

ox轴指向机腹.oy轴垂直于xoz

轴平面指向右方,如图2.1—2所示。作用在飞

a a a a

机上的气动力一般按速度坐标系给出。

o?

o

?

?

ya

za

yg

?

og

zg

xg

图2.1-2速度坐标系与地面坐标系

航迹坐标系（Pathcoordinateframe)Sk-oxyz

kkk

原点取在飞机质心处，ox

k

轴与飞机速度V的方向一致。oz

k

轴在包含ox轴

k

的铅垂面内,向下为正；oy

轴垂直于xoz

轴平面指向右方。研究飞行器的飞行

k k k

轨迹时，采用航迹坐标系可使运动方程形式较简单。

飞机的运动参数1)飞机的姿态角

1.俯仰角?（Pitchangle）

机体轴ox与地平面间的夹角。以抬头为正。2。偏航角?（Yawangle）

机体轴ox在地平面上的投影与地轴ox

gg

间的夹角。以机头右偏航为正。

3。滚转角?（Rollangle）

又称倾斜角，指机体轴oz与通过ox轴的铅垂面间的夹角.飞机向右倾斜时

为正。2）速度轴系与地面轴系的关系

以下三个角度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，以飞机向上飞时的?为正.

2。航迹方位角?

飞行速度矢量在地平面上的投影与ox

gg

间的夹角，以速度在地面的投影在

ox之右为正.

gg

3.航迹滚转角?

速度轴oz

a

与包含ox

a

轴的铅垂面间的夹角。飞机向右倾斜时为正。

速度向量与机体轴系的关系1.迎角? （Angleofattack）

速度向量V在飞机对称面上的投影与机体轴ox轴的夹角。以V的投影在ox

b

轴之下为正，如图2。1-3所示。

o

??

?

?

V

b

yb

z

b

图2.1-3迎角与侧滑角

2。侧滑角?(Sideslipangle）

速度向量V与飞机对称面的夹角。以速度V处于对称面之右时为正。3）机体坐标系的速度分量

飞行速度V在机体坐标系三个轴上的分量分别为u、v和w

在滚动轴x

b

上的分量:u

在俯仰轴y

在偏航轴z

上的分量：v

b

上的分量：w

b

迎角和侧滑角可以用速度分量定义

??arctanw （2。1-1)

u

??arcsinv

V

1其中

1

（2.1—2）

V?(u2

v2

?w2)2

如果迎角和侧滑角很小（15o〉,则式（2.1—1）和式（2。1—2）可以近似

为

??w （2.1—3）

u

??v

V

（2.1—4）

其中?和?的单位为弧度（rad）。

4)机体坐标系的角速度分量

机体坐标系相对于地面坐标系的转动角速度?沿机体坐标系各轴的分量分别为p、q和r

滚动角速度p：与机体坐标轴x 一致;

b

俯仰角速度q:与机体坐标轴y

一致；

b

偏航角速度r：与机体坐标轴z

b

一致。

飞行器的三个线运动和三个转动构成了飞行器的六自由度运动。2.1。3飞行器的操纵机构

飞机的运动通常利用升降舵、方向舵、副翼及油门杆来控制。

升降舵（Elev