Динамика полета - Машиностроение
advertisement
ДЛЯ ВУЗОВ ÄÈÍÀÌÈÊÀ ÏÎËÅÒÀ Ïîä ðåäàêöèåé àêàäåìèêà ÐÀÍ Ã.Ñ. Áþøãåíñà Ðåêîìåíäîâàíî Ãîñóäàðñòâåííûì îáðàçîâàòåëüíûì ó÷ðåæäåíèåì âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ «Ìîñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èìåíè Í.Ý. Áàóìàíà» â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé, îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ïîäãîòîâêè 652500 «Ãèäðîàýðîäèíàìèêà è äèíàìèêà ïîëåòà». Ðåãèñòðàöèîííûé íîìåð ðåöåíçèè 957 îò 20.07.2010 ã. ÌÃÓÏ ÌÎÑÊÂÀ «ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ» 2011 УДК 629.7.015 (075.8) ББК 39.53 Д46 А в т о р ы: А.В. Ефремов, В.Ф. Захарченко, В.Н. Овчаренко, В.Л. Суханов, Ю.Ф. Шелюхин, А.С. Устинов Р е ц е н з е н т ы: кафедры «Летательные аппараты» и «Проектирование и конструирование летательных аппаратов» Самарского государственного аэрокосмического университета; канд. техн. наук А.З. Тарасов Д46 Динамика полета: Учебник для студентов высших учебных за@ ведений / А.В. Ефремов, В.Ф. Захарченко, В.Н. Овчаренко и др.; под ред. Г.С. Бюшгенса. — М.: Машиностроение, 2011. 776 с.: ил. ISBN 978@5@94275@580@5 Рассмотрены уравнения движения самолета в различных системах коор@ динат. Приведены методы расчета летных характеристик самолета, сил и мо@ ментов, действующих на самолет в продольном и боковом движениях, траек@ торий движения самолета, характеристик его устойчивости и управляемости. Рассмотрены методы исследования динамики возмущенного движения, принципы построения современных автоматизированных систем управления, обеспечивающих необходимые характеристики устойчивости и управляемо@ сти. Приведенные методы применимы для исследования динамики самолетов различных схем, в том числе и самолетов со статической неустойчивостью. ББК 39.53 ISBN 9785942755805 ã А.В. Ефремов, В.Ф. Захарченко, В.Н. Овча@ ренко и др., 2011 ã ООО "Издательство Машиностроение», 2011 ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ Предисловие ................................................................................................. 3 Введение ....................................................................................................... 4 Часть I. ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА САМОЛЕТА Глава 1. Уравнения движения самолета .................................................. 33 1.1. Основные предположения ................................................ 33 1.2. Уравнение траекторного движения самолета как точки переменной массы в векторной форме .................................. 34 1.3. Системы координат в задачах динамики полета ............ 36 1.4. Уравнения движения центра масс самолета в проекциях на оси связанной и траекторной систем координат ............. 54 1.5. Уравнения движения центра масс самолета в перегрузках ............................................................................. 67 1.6. Уравнения движения центра масс самолета в частных случаях ....................................................................................... 70 Глава 2. Исходные данные для расчета траекторий и летно технических характеристик самолетов ..................................... 77 2.1. Условия полета .................................................................. 77 2.2. Аэродинамические характеристики самолета ................. 79 2.3. Характеристики применяемых на самолетах двигателей ... 101 2.4. ВысотноEскоростные и дроссельные характеристики турбовинтовых и поршневых авиационных двигателей .... 108 2.5. Взаимное влияние винта и самолета ............................. 114 2.6. Выбор винта и коэффициента редукции ....................... 118 2.7. Ограничения основных полетных параметров ............. 121 Глава 3. Установившиеся режимы полета ............................................. 124 3.1. Понятие установившегося режима полета .................... 124 3.2. Расчет установившегося прямолинейного горизонтального полета ......................................................... 125 3.3. Первые и вторые режимы полета .................................. 137 3.4. Влияние эксплуатационных факторов на диапазон скоростей полета ..................................................................... 142 3.5. Построение области располагаемых высот и скоростей установившегося горизонтального полета ............................... 149 3.6. Установившиеся набор высоты и снижение ................. 151 771 Глава 4. Неустановившиеся квазипрямолинейные режимы полета ...... 170 4.1. Понятие расчета неустановившихся режимов полета .... 170 4.2. Понятие энергетической высоты ................................... 171 4.3. Уравнения продольного движения в энергетической форме ....................................................................................... 174 4.4. Набор высоты по заданной программе V к ( H ) ............ 176 4.5. Неустановившееся снижение самолета ......................... 178 4.6. Оптимизация траекторий набора высоты ..................... 179 4.7. Оптимизация траектории снижения .............................. 186 4.8. Динамический потолок сверхзвукового самолета ........ 189 Глава 5. Дальность и продолжительность полета ................................. 193 5.1. Основные понятия и определения ................................. 193 5.2. Расчет дальности крейсерского полета самолета с ТРД ....................................................................................... 198 5.3. Расчет дальности крейсерского полета самолета с винтовыми двигателями ...................................................... 209 5.4. Влияние ветра на дальность полета ............................... 218 5.5. Влияние некоторых факторов на дальность и продолжительность полета ................................................. 220 5.6. Расчет транспортной эффективности ............................ 225 5.7. Особенности расчета дальности полета сверхзвукового самолета ................................................................................... 227 5.8. Влияние УВД на оптимальные режимы полета транспортных самолетов ........................................................ 229 Глава 6. Маневренные характеристики самолета ................................. 230 6.1. Общие показатели маневренности ................................. 232 6.2. Маневрирование в горизонтальной плоскости ............. 238 6.3. Характерные маневры самолета в вертикальной плоскости ................................................................................. 242 6.4. Пространственный маневр самолета ............................. 249 Глава 7. Взлетнопосадочные характеристики самолетов .................... 251 7.1. Особенности взлетноEпосадочных режимов движения самолетов ................................................................................. 251 7.2. Траектория взлета ............................................................ 252 7.3. Расчет взлетной дистанции самолета ............................ 256 7.4. Прерванный и продолженный взлет ............................. 263 7.5. Траектория посадки ......................................................... 265 7.6. Расчет посадочной дистанции самолета ........................ 269 7.7. Факторы, влияющие на взлетноEпосадочные характеристики самолета ....................................................... 276 7.8. Обеспечение безопасности посадки ............................... 280 772 Глава 8. Выбор основных проектных параметров самолета ................. 285 8.1. Общие положения ........................................................... 285 8.2. Выбор аэродинамической компоновки ......................... 288 8.3. Выбор проектных параметров самолета ........................ 292 Часть II. УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ САМОЛЕТА Глава 9. Математическая модель возмущенного движения самолета .... 309 9.1. Допущения, используемые при исследовании возмущенного движения ........................................................ 315 9.2. Возмущения, действующие на самолет в полете .......... 318 9.3. Линеаризация уравнений движения .............................. 323 9.4. Упрощение дифференциальных уравнений движения. Разделение системы уравнений движения на две независимые системы ............................................................. 326 Глава 10. Силы и моменты, действующие на самолет .......................... 335 10.1. Аэродинамический момент тангажа самолета в установившемся прямолинейном полете .......................... 336 10.1.1. Аэродинамический момент тангажа самолета без горизонтального оперения ......................................... 338 10.1.2. Аэродинамический момент тангажа горизонтальE ного оперения при неотклоненных органах управления .. 347 10.1.3. Аэродинамические управляющие моменты тангажа .............................................................................. 356 10.2. Момент тангажа от двигателя ....................................... 360 10.3. Дополнительные моменты в криволинейном неустановившемся полете ...................................................... 364 10.4. Особенности моментов тангажа самолета на взлетноE посадочных режимах ................................................................ 370 10.5. Боковые силы и моменты ............................................. 373 10.6. Шарнирные моменты органов управления самолетом .... 402 10.7. Аэродинамические характеристики самолета на больших углах атаки .......................................................... 407 Глава 11. Влияние упругих деформаций конструкции на динамику самолета ................................................................................... 412 11.1. Влияние упругих деформаций отдельных элементов конструкции самолета на аэродинамические характеристики ........................................................................ 413 11.2. Коэффициенты влияния упругих деформаций на аэродинамические характеристики .................................. 433 11.3. Уравнения движения самолета с учетом упругих колебаний конструкции ......................................................... 440 773 Глава 12. Системы управления ................................................................ 453 12.1. Обратимое ручное управление. Система непосредственE ного ручного управления ......................................................... 456 12.2. Система бустерного управления ................................... 460 12.3. Системы улучшения устойчивости и управляемости ... 465 12.4. Система дистанционного управления .......................... 471 Глава 13. Продольное возмущенное движение самолета ........................ 478 13.1. Уравнения продольного движения при полете в возмущенной атмосфере ..................................................... 478 13.2. Разделение движения на короткоE и длиннопериодиE ческое ....................................................................................... 485 13.3. Короткопериодическое движение самолета ................ 497 13.4. Длиннопериодическое движение самолета ................. 515 Глава 14. Статическая устойчивость самолета в продольном движении. Продольная балансировка. Статическая управляемость .......... 528 14.1. Продольная статическая устойчивость самолета ........ 529 14.2. Балансировка самолета и характеристики статической устойчивости ............................................................................ 546 14.3. Влияние продольной статической устойчивости на летноEтехнические характеристики ................................. 563 Глава 15. Динамика бокового движения ................................................. 567 15.1. Уравнения и структура бокового движения ................ 568 15.2. Устойчивость самолета в боковом движении. Основные формы бокового движения. Требования к характеристикам устойчивости возмущенного движения ................................... 575 15.3. Управляемость самолета в боковом движении .......... 586 Глава 16. Статическая устойчивость в боковом движении. Боковая балансировка самолета. Характеристики боковой статической управляемости ........................................................................... 602 16.1. Статическая устойчивость самолета в боковом движении при фиксированных рулях ................................... 603 16.2. Балансировка самолета в прямолинейном полете со скольжением ....................................................................... 606 16.3. Боковая балансировка самолета в прямолинейном установившемся полете с несимметричной тягой движителей .............................................................................. 616 Глава 17. Устойчивость и управляемость самолета на взлетно посадочных режимах полета .................................................... 629 17.1. Продольная балансировка самолета при взлете и посадке ................................................................................. 629 17.2. Особенности движения самолета перед взлетом ....... 631 774 17.3. Уравнения движения самолета по земле ..................... 633 17.4. Путевая устойчивость и управляемость на разбеге самолета ................................................................................... 641 17.5. Продольная устойчивость и управляемость при разбеге самолета .............................................................. 644 Глава 18. Ограничение допустимых центровок. Выбор параметров стабилизирующих поверхностей .............................................. 648 18.1. Предельно передняя центровка. Предельно задняя центровка. Диапазон эксплуатационных центровок ........... 648 18.2. Выбор параметров горизонтального оперения ........... 655 18.3. Выбор параметров вертикального оперения ............... 663 Глава 19. Автоматизация ручного управления самолетом ...................... 666 19.1. Направления развития автоматизации ........................ 666 19.2. Критерии выбора пилотажных характеристик высокоавтоматизированных самолетов ................................ 669 19.3. Автоматизация продольного управления самолетом ...... 683 19.4. Автоматизация бокового управления самолетом ........ 700 19.5. Влияние нелинейности исполнительной части СУУ на устойчивость самолета ...................................................... 710 Глава 20. Динамика пространственного движения .................................. 717 20.1. Приближенные уравнения пространственного движения. Физические основы взаимодействия продольного и бокового движений ....................................... 718 20.2. Установившиеся режимы пространственного движения и анализ их устойчивости .................................... 722 20.3. Неэксплуатационные режимы полета. Условия развития критических режимов, характерные признаки (сваливание, штопор, неуправляемое движение крена) ....... 733 20.3.1. Сваливание ............................................................ 734 20.3.2. Штопор .................................................................. 740 20.3.3. Неуправляемое движение крена ........................... 744 ПРИЛОЖЕНИЯ ...................................................................................... 751 Приложение 1. Таблицы направляющих косинусов ............................ 751 Приложение 2. Классификация аэродромов ......................................... 752 Приложение 3. Методы экспериментальных исследований в динамике полета .................................................................................. 754 Приложение 4. Числовые значения ряда параметров международной стандартной атмосферы .............................................. 765 Список литературы ................................................................................... 769 775
