[科普中国]-飞行动力学

研究内容飞行性能

这里把飞机作为质点，研究飞机的空气动力特性(主要是升力一阻力特性)、发动机性能和飞机质量如何影响飞行性能。飞机的飞行性能包括平飞最大速度、平飞最小速度、最大爬升率、升限(最大飞行高度)、航时(续航时间)、航程、最小转弯半径、机动能力、起飞一着陆距离等。1

静态稳定性和静态操纵性这里主要研究飞机飞行的平衡状态和平衡条件，而不考虑由一个状态到另一个状态的动态过渡过程。研究升降舵偏转角、驾驶杆位移和驾驶杆力随速度和过载的变化，变化的梯度就是稳定性标志，并由此导出飞机的若干特征点和稳定裕度：固舵(升降舵固定)中性点和固舵稳定裕度，握杆(升降舵驾驶杆固定)中性点和握杆稳定裕度，松杆(升降舵驾驶杆松浮)中性点和松杆稳定裕度，固舵机动点和固舵机动裕度，握杆机动点和握杆机动裕度，松杆机动点和松杆机动裕度。所谓“静态稳定性”的说法是不严格的，事实上只有唯一的稳定性。1

动态稳定性和动态操纵性动态稳定性的内容包括动态过程品质和模态特性。通常情况下，飞机的纵向运动有长周期模态和短周期模态，横侧向运动有滚转模态、螺旋模态和荷兰滚模态。动态操纵性的内容主要是飞机对舵面偏转的响应特性；或者更一般地，是飞机运动变量对操纵输入的传递函数。1

飞行品质这是由飞机的飞行性能、稳定性和操纵性综合决定的品质，反映驾驶员操纵飞机的难易程度。

性能分析飞机加自动驾驶仪的闭环系统的动态特性分析、自动驾驶仪的结构回路的选择及参数的确定。 1

飞机对大气扰动的响应特性通常考虑三类大气扰动，即离散突风、风切变、大气紊流。

直升机的飞行动力学在许多方面与飞机类似，但更加复杂，因为直升机有更多的自由度。1

研究目的飞机飞行动力学的研究目的是为飞机的设计、使用和性能的发挥提供理论依据。飞行动力学的研究方法可分为理论研究和实验研究。其理论基础包括空气动力学、理论理学(刚体力学)、结构力学、弹性力学、自动控制理论等；理论研究的主要工具是应用数学和计算机；飞机飞行动力学所研究的主要问题是飞机的飞行性能和稳定性与操纵性(即飞机的动态特性)。其中飞行性能主要研究在已知外力情况下，作为质点的飞机运动规律，如飞行速度、飞行高度、航程、起飞、着陆和机动飞行等；飞机的稳定性和操纵性主要是研究作为质点系(刚体或弹性体)飞机保持和改变飞行状态的能力，即研究在外界扰动和操纵作用下飞机的运动特性。研究飞机飞行动力学问题的出发点是飞机的运动方程，它是对飞机运动规律的基本描述，而运动方程建立的前提是在一定意义下的坐标系中定义表征飞机运动状态的参数如飞机的空间位置、姿态、飞行速度以及角速度等。2

建模飞机飞行动力学是力学的一个分支，其任务是建立描述飞机运动动力学(或数学)模型，并在此基础上对所设计飞机的稳定性和操纵性进行分析。飞机的动力学建模一般要考虑以下几方面的内容：

(1)飞机本体的动力学模型，根据研究问题的不同要求，可以将飞机本体视为质点、刚体或弹性体。

(2)飞机的运动学模型，根据研究问题的要求，可以选择不同的坐标轴系，对飞机的空间位置、方位角以及它们之间的关系进行描述。

(3)对飞行过程中作用在飞机上的气动力、力矩的数学描述。

(4)对飞机飞行过程中作用在飞机上的发动机作用力、力矩的描述。3