一、飞行原理
1、飞机升力产生的原理,飞机迎角与升力的关系,飞机速度与升力的关系。
A根据连续方程,绕上表面的气流,由于机翼上表面的曲度较大,流管 截面积小,故上表面的气流流速较快,按照伯努利方程,上表面的压强较小,相反,机翼下表面曲度较小,流管截面积大,气流流速较慢,压强大,上下表面的压差就形成了飞机的升力。
B飞机的迎角越大,升力越大,当迎角增至某一值时,有最大的升力,如果迎角在增大,则升力下降。
1C
L?CS?v 2飞机升力大小与相对气流的动压成正比,与机翼面积成正比,与升力系数成正比
(低速(M<0.5)飞行时,CLα基本保持不变,0.5
2、飞机纵向平衡的条件是什么,如何建立这个平衡?
A飞机等速直线平飞,L=G(升力=重力),T=D(推力=阻力),M=0(重力力矩)
B根据飞机的重力选择合适的迎角,使之具有一定数值的Cl(升力系数),以使L=G,为使M=0,必须偏转相应的升降舵偏角,根据飞机阻力的大小,选择合适的油门位置,使T=D.
3、什么是飞机纵向静稳定性?满足飞机纵向静稳定性的条件是什么?分析飞机具有纵向静稳定情况下,迎角受到外界干扰时的稳定过程?
A纵向静稳定性:某种干扰使飞机有一俯仰角,干扰消失后,飞机自身产生 一个俯仰力矩使飞机恢复原状态的趋势
B俯仰力矩系数为负值(Cmα),飞机的重心位置必须在全机焦点之前
C设当α=α1时飞机平衡,如果因为风的干扰,使α>α1,负的Cmα将产生低头力矩,使α自动减小到α1上,反之,在α<α1时,负的Cmα将产生抬头力矩使α恢复到α1
4、飞机纵向稳定力矩,控制力矩,阻尼力矩。
A Cmα(α-α0)稳定力矩 Cmδe·δe控制力矩 Cmq·q阻尼力矩 C由飞机转动引起其作用方向总是阻止飞机转动,故称为阻尼力矩
5、什么是飞行速度稳定性?什么是正常操纵和反操纵?马赫配平的作用是什么?
A飞机收到外界干扰后,飞机的速度发生变化,当干扰消失后,飞机的速度具有回到原来速度的趋势
(改变推力,是速度发生改变后,飞机的升力改变,最终速度与迎角增量的终值为零,回到推力改变前的原始状态,但飞机的飞行轨迹发生了改变) B 1、正常操纵
对于长周期模态稳定的飞机来说,要使飞机平飞加速,需要推驾驶杆的同时推油门杆;相反,要使飞机平飞减速,需要拉驾驶杆的同时拉油门杆,这样的操纵符合驾驶员的感觉,称为正常操纵。 2、反操纵
长周期模态不稳定通常是定载不稳所致。此时,长周期模态变成非周期的
2L
单调发散模态,这种情况下要操纵飞机也变得困难了。若飞机长周期模态不 稳定,那么加大油门使飞行速度增加后,飞机有自动低头的趋势,速度会自动增加,此时如驾驶员按正常操纵推驾驶杆,飞机将进入俯冲。为使飞机不致进入俯冲,必须拉驾驶杆以维持 L=G。但不可拉杆过多,否则飞机减速过快,会自动进入大过载状态(nz增大过快),可能引起结构上的破坏。这种操纵技巧较难掌握。此情况称为反操纵。
C保持飞机任意时刻总具有速度稳定性,高Ma时,调整水平安定面,是焦点不后移
(马赫配平是飞机在高速的情况下随着飞机速度增加到一定马赫数时,飞机会产生一低头的趋势,为了抵消飞机低头的趋势,FCC会产生指令改变升降舵或安定面,产生一个使飞机抬头的操作来抵消高速时产生的低头趋势,保证飞机的水平稳定。)
6、飞机纵向运动有哪两种运动模态,各自有什么特征及其原理是什么。
A短周期模态:周期短,衰减快,一对大共轭复根,是以迎角和俯仰角为 主要变量的运动,速度几乎不变
B长周期模态:周期长,衰减慢,一对小共轭复根,是以速度和俯仰角为 主要变量的运动,迎角的变化极其微小
C物理成因:飞机受到外界扰动后,出现不平衡的外力和外力矩,外力要改变飞行速度是不易的,外力矩改变迎角(包括俯仰角)比较容易。因此飞机消除Δα要快一些,而ΔV改变要慢一些飞机的俯仰阻尼力矩 Mq与Mα也不小,表现出周期短阻尼大的特点。在扰动运动初期阶段,数秒钟内短周期运动已基本结束,俯仰力矩基本恢复到受扰前的平衡状态。短周期运动结束后,飞机的航迹倾斜角Δγ为负值,即飞机向下滑,在重力沿轨迹切线方向分为力的作用下逐渐加速,速度增加,则动压增大,升力也增大。由于L>G,轨迹向上弯曲。轨迹向上则重力分力又使飞机减速,动压又逐渐减小。L<G时,轨迹向下弯曲。这种交替变换,实际上就是飞机动能与位能的交替转换,表现为速度ΔV与航迹倾斜角Δγ的振荡运动。起恢复作用的气动力ZV·ΔV和起阻尼作用的气动力XV·ΔV 远远小于飞机质量(m),因此振荡周期长,衰减慢是长周期模态的特点。在长周期运动中,飞机重心时升时降,故称为浮沉运动,
7、什么是飞机横向稳定性?什么是飞机航向稳定性?
A横向静稳定性:某种干扰使飞机有一滚转角,干扰消失后,飞机自身产生
一个滚转力矩使飞机恢复原状态的趋势
B偏航稳定性:某种干扰使飞机有一侧滑角,当外界干扰消失后,飞机自身产生一个偏航力矩使飞机恢复原状态的趋势
8飞机航向阻尼力矩、控制力矩、稳定力矩;横向阻尼力矩、控制力矩、稳定力矩?分析它们是如何产生的? 滚转力矩L
1. 侧滑角β引起的L---侧向静稳定力矩 2. 副翼偏转角δa引起L---滚转控制力矩
3. 方向舵偏转角δγ引起的L---操纵交叉力矩 4. 滚转角速度p引起的L---滚转阻尼力矩 5. 偏航角速度r引起的L---交叉动态力矩 偏航力矩N
1. 侧滑角β引起的N---航向静稳定力矩 2. 副翼偏转角δa引起N---操纵交叉力矩
3. 方向舵偏转角δγ引起的N---航向控制力矩 4. 滚转角速度p引起的N---交叉动态力矩 5. 偏航角速度r引起的N---航向阻尼力矩
9飞机横侧向运动有哪三种运动模态,各自有什么特征及其原理是什么。
A滚转阻尼模态:飞机受扰动后的滚转运动,受到机翼产生的较大阻尼力矩的阻止而很快的结束,对应的是一个大的负实根。
一方面由于大展弦比机翼的滚转阻尼导数|Clβ||大,另一方面为旋转惯量Ix较小所致。
B荷兰滚模态(振荡模态)
飞机受扰动后,滚转阻尼运动很快结束,共轭复根所表现的的振荡于是显露出来,在横侧振荡模态里,航向静稳定性导数Cnβ起恢复作用,直接消除侧滑角(β),而侧力导数和航向阻尼力矩导数起阻尼作用,这两个导数在数值上远小于CLα和 CLα+Cmα,因此横侧向震荡模态的衰减很慢。由于横滚静稳定性导数CLβ的存在,伴随着侧滑角(β)的正负震荡,飞机还产生了左右滚转的运动。
设某时刻有正侧滑(β>0),航向静稳定性Cnβ产生正的偏航力矩,以消除正侧滑;同时横滚静稳定性 CLβ产生负的滚转力矩,使飞机向左滚转(φ<0),在正偏航力矩消除正侧滑角时,飞机产生正偏航角速率(γ>0),由于转动的惯性作用,在消除正侧滑角之后会出现负侧滑角(β<0),但此时飞机已产生了负滚转角(φ<0)使升力L向左倾斜,L与重力G的合力起到了加剧向左侧滑的作用,这就抵消了一部分偏航运动的阻尼效果。出现左侧滑角(β<0)时,又会重复上述过程,但方向相反,这种飘摆运动的飞行轨迹呈S型,同时又左右偏航左右滚转,很像荷兰人滑冰的动作,故称荷兰滚模态。
C 螺旋模态:当|Clβ||较小|Cnβ||较大时,易形成不稳定的螺旋模态。 发展过程若t=0,有正的滚转角(φ>0 ),则升力L右倾斜与重力G合力使飞机向右侧滑;交叉动导数(Clγ)为正,产生较大的正滚转力矩。当负滚转力矩小于正滚转力矩时,飞机更向右滚转,于是L与G的合力作用使飞机更向右侧滑。如此逐渐使φ角正向增大,升力的垂直分量(Lcosφ)则逐渐减小,轨迹向心力(Lsinφ)则逐渐增大,致使形成盘旋半径愈来
愈小,高度不断下降的螺旋线飞行轨迹,故称为螺旋模态。
螺旋模态不稳定对应小实根为正值,若小实根是负值,则为稳定的,此时不形成下降的螺旋飞行轨迹,但仍称为螺旋模态。 10、机翼上反与后掠对横向静稳定性有什么影响。
若是上反角则气动导数为负,下反角则为正 若是后掠翼则气动导数为负,前掠则为正 二、舵回路
1、舵回路的基本组成?
放大器,舵机,反馈装置
2、画出硬反馈式舵回路的结构图,其传递函数近似于一个什么环节?其工作特性是什么?
硬反馈又称位置反馈,近似于一个惯性环节
飞行自动控制系统的指令可按比例控制舵偏角的大小。
3、画出软反馈式舵回路的结构图,其传递函数近似于一个什么环节?其工作特性是什么?
软反馈又称速度反馈,近似于一个积分环节
速度反馈舵回路输出舵偏角正比于输入电压的积分,即:输出多面偏转角速度正比于输入电压,飞行自动控制系统的指令可按比例控制舵偏角的速度。
4、画出均衡反馈式舵回路的结构图,其传递函数近似于一个什么环节?其工作特性是什么? ? ……结构图
均衡反馈又称弹性反馈,在低频段近似于一个积分环节,在高频段近似于比例环节
它的输出既正比于输入,又正比于输入的积分。
5、电动舵机中磁粉离合器的作用是什么?金属摩擦离合器的作用是什么? 磁粉离合器:输出与电信号成比例的传动比,传动比可控
电磁离合器:实现人工驾驶与自动驾驶的切换,使鼓轮与外壳多面成为一体,
接通A/P状态,由舵机控制多面
金属摩擦离合器的作用:利用金属片之间的摩擦传递力矩,是一种安全装置,
当负载力矩超出某值时,金属片打滑,从而限制了舵机的最大输出力矩,紧急状态下,驾驶员可以强行操纵,以保障飞机的安全
6、磁粉离合器的机械特性曲线是指?力矩特性曲线是指?
力矩特性曲线 机械特性曲线 7、电液副舵机的力矩马达的作用是?液压放大器的作用是? A将电气量转换成机械角位移,是信号转换装置
B将机械位移转换为控制阀液压的流向及流量
8、电液复合舵机具有哪四种工作状态。电磁转换机构和锁紧机构的作用是。
A四种工作状态:人工驾驶+自动控制+复合工作+应急操作 B作用:用作人工驾驶和自动控制的状态转换 9、舵机的负载是?它影响舵机的什么工作特性。
是铰链力矩(作用在多面上的气动力相对于多面铰链轴的力矩)
影响飞机的静特性与动特性,静特性影响稳态误差,动特性影响速度
10、用磁粉离合器控制的电动舵机的空载特性可描述为什么环节?负载特性可
描述为什么环节?
两个积分环节与一个惯性环节的串联
一个二阶无阻尼振荡环节与一个惯性环节串联
三、典型飞行控制系统
??(s)?1.5(s?0.4)?2??(s)s(s?0.9s?1.69),其俯仰姿态角控制?1、已知某飞机的传递函数是:
(?s?1)??????(?????g)?????系统的控制规律为:? 。 (1)由控制规律画出相应的系统结构图;
(2)要控制该飞机舵回路的时间常数应作何限制?
????(3)若飞机受到常值力矩
?????0.92公斤*米,已知 ????=-1.15公斤*米/