[科普中国]-转弯飞行

简介

转弯飞行是在一定的高度下，实现飞行方向的转变，而在这个过程中，飞行器经常会出现偏航的问题，需要采取有效的导航控制来完成飞行器的转弯飞行。

飞行器转弯飞行受力情况分析飞行器在转弯飞行的过程中，会出现偏航角、航迹偏转的情况，而这类情况的出现主要取决于飞行器的受力情况，如果不了解飞行器转弯飞行的受力情况，就会产生偏航的现象。从物理学的角度来讲，当物体做匀速率圆周运动时，要确保运行的稳定性、协调性，就需要具备恒定的向心力，这也是飞行器在转弯飞行过程中飞行导航控制应注意的。因此，在飞行器转弯飞行的过程中，必须满足以下几点要求：①飞行器航迹线速度方向上存在的分力应与发动机推力和空气阻力平衡，这样才能确保飞行器的稳定性；②飞行器垂直方向上的分力应与飞行器所受的重力相等。

飞行器转弯飞行导航控制的研究分析在飞行器转弯飞行的过程中，主要以导航坐标系为基准实行导航控制。飞行器转弯飞行的导航控制主要受发动机推力、飞行器重力等因素的影响，导航控制主要是控制这几个方面的力，并要确保其恒定向心力，进而实现转弯飞行。以下主要从高度导航控制和平面导航控制方面进行分析。

高度导航控制分析所谓“高度导航控制”，主要是指导航控制系统在运行时，比较高度传感器所能测量的高度值和所给定的高度值，从而生成控制操作发动机推力和飞行器俯视所需要保持的高度。从分析飞行器转弯飞行的实践情况来看，在飞行器转弯过程中，飞行的高度主要由飞行器竖直方向上的分力与飞行器重力之问的平衡关系来控制的。也就是说，在飞行器转弯飞行的过程中，如果转弯盘旋的过程中会受到外部干扰或是受到横测向祸合因素的影响，就会改变转弯飞行高度，而这时对飞行导航控制应以如何操作飞行器竖直方向上的分力为主要调整方式，这样才能调整飞行器飞行速度方向上的分力，从而保证飞行器转弯飞行的稳定性。但是，如果小能及时改变发动机的推力，那么，飞行器飞行速度上的合力就会发生改变，从而改变飞行器的飞行速度。要想保证飞行器转弯飞行的稳定性，就必须改变飞行器旋翼的拉力，保证力的平衡性，从而保证飞行器转弯飞行的可靠性和稳定性。

平面导航控制分析所谓“平面导航”，主要是在固定的高度平面上控制飞行器的飞行。飞行器在转弯飞行的过程中，在固定高度平面内实现圆弧航迹，以进行转弯跟踪。在这里，飞行器要严格按照预先给定好的航向进行转弯飞行，同时，需要使圆弧切线与机体轴保持一致，并通过对转弯的协调控制消除存在的小良影响因素，从而保证飞行器在转弯过程的稳定性和协调性。另外，如果飞行器在转弯飞行的过程中受到干扰而偏离了预定航迹，则需要根据飞行器的实际飞行位置和速度矢量调整和修正，以确保飞行器在平面导航控制中转弯飞行的稳定性和协调性。

通过以上对飞行转弯导航控制的分析可知，现阶段，飞行器转弯飞行主要是对飞行坐标系的解算，通过坐标变换和转移的方式控制飞行坐标。传统的导航控制主要是通过信号回路进行控制，控制精度偏低，而本文所提到的飞行器转弯飞行导航控制主要是通过GPS解算测出飞行器在导航坐标系的飞行速度，并通过反馈比较在速度控制回路内实现坐标系的转换，其比传统导航控制更加简洁。1

直升机稳定转弯飞行直升机在军事上的作用已显得越来越重要，有关机动性的研究也受到人们的普遍关注。对机动飞行状态，尤其在极限飞行状态下的旋翼最大拉力和相应的飞行性能进行有效地预测，并对机动过程中的飞行轨迹进行合理的模拟是直升机机动性分析需要解决的理论问题。有关这方而的理论研究一直在进行，相应的飞行试验技术也在不断改进。

稳定转弯飞行是直升机的基本机动科目，尽管对该科目的运动学问题已有不少研究，但这些研究基本上是从性能的角度出发，分析稳定转弯过程中的过载、转弯半径等，忽略了机动过程中的迎角、侧滑角、姿态和角速度等运动参数的变化。事实上，稳定转弯过程中的运动参数变化对直升机的性能和操纵特性有很大的影响。例如，俯仰角速度有利于减缓旋翼后行桨叶的失速;偏航角速度视其方向，要么加剧尾桨的失速，要么减缓尾桨的失速;由于转弯过程中旋翼前行边和后行边的动压不对称，滚转角速度与旋翼的拉力直接相关，更何况，俯仰和滚转直接影响直升机稳定转弯的配平。因此，从性能的角度出发来分析直升机稳定转弯飞行时的运动学问题很难为预测机动过程中的旋翼真实能力、直升机的机动性能及飞行轨迹的合理模拟提供足够的依据，需要从新的角度来分析直升机稳定转弯过程中的运动学问题。

张学军提供了一种直升机稳定转弯时的运动学分析方法，建立了不同稳定转弯条件下速度、迎角、侧滑角和过载系数、姿态、角速度间的关系，定量分析不同稳定转弯条件(迎角、侧滑角、速度、过载系数)对直升机角速度和姿态的影响，为分析直升机稳定转弯时的飞行动力学问题奠定了基础。主要结论如下：

（1）得到了稳定转弯时直升机角速度和俯仰、滚转姿态角与转弯系数、迎角和侧滑角的关系，利用这些关系可以大大简化直升机稳定转弯飞行时运动方程的求解，为直升机机动稳定性的研究奠定了基础;

（2）研究了直升机稳定转弯时侧滑对运动参数的影响，尤其对直升机的滚转角速度和俯仰姿态有很大的影响，从而对直升机的飞行性能和操纵品质有影响;

（3）直升机稳定转弯时，俯仰角速度只与转弯参数和侧滑角有关，而与迎角无关;而滚转、偏航角速度及俯仰和滚转姿态与迎角和侧滑角有关。2