- •Динамика полета
- •3. Контрольные вопросы 27
- •Лабораторная работа 1. Исследование установившегося набора высоты самолета
- •I. Теоретические основы определения характеристик набора высоты
- •1.1. Уравнения движения и аэродинамические характеристики самолета в полете по наклонной траектории
- •1.2. Характерные режимы набора высоты
- •1.2. К определению Ризб.Max
- •1.3. Влияние высоты на характеристики набора
- •2. Порядок проведения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2. Исследование характеристик разгона и торможения самолета в прямолинейном горизонтальном полете
- •1. Теоретические основы расчета характеристик разгона и торможения самолета
- •1.4. Барограмма набора высоты
- •2. Порядок проведения расчета характеристик разгона и торможения
- •3. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 3. Исследование характеристик неустановившегося набора высоты
- •1. Теоретические основы расчета характеристик неустановившегося набора высоты
- •2. Порядок проведения расчета характеристик набора высоты при dV/dt0
- •3. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4. Расчет показателей устойчивости короткопериодического движения самолета
- •1. Теоретические основы
- •1.1. Уравнения возмущенного движения
- •1.2. Анализ уравнений продольного возмущенного движения
- •1.3. Анализ решения системы дифференциальных уравнений возмущенного движения
- •1.5. Короткопериодическое продольное возмущенное движение самолета
- •2. Порядок расчета параметров короткопериодического движения самолета
- •3. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
1.5. Короткопериодическое продольное возмущенное движение самолета
Для упрощения анализа возмущенного движения предполагают, что скорость полета постоянна и длиннопериодическое движение еще не развилось; исходным режимом движения является прямолинейный горизонтальный полет. Кроме того, полагают, что рули зажаты, режим работы двигателя постоянный, а внешние возмущения отсутствуют, т.е. возникновение возмущенного движения определяется начальными кинематическими возмущениями Δα и Δφ.
Так
как в процессе короткопериодического
движения скорость не успевает измениться
(ΔV=0),
то ограничиваются решением двух уравнений
системы (4.6), которые с учетом сделанных
допущений и ввиду малости члена уравнения
можно записать в таком виде:
(4.13)
Характеристическое уравнение упрощенной системы имеет вид
Δ
=
=
0
или после раскрытия определителя:
(4.13,
а)
где
Здесь Ω0 – опорная частота, равная частоте колебаний системы при отсутствии демпфирования, ξ – декремент колебаний.
Решая уравнение (4.13,а), получим
Таким
образом, быстрое движение состоит из
апериодического, определяемого нулевым
корнем, и колебательного движения с
угловой частотой
.
В этом случае приращение угла атаки
можно записать в виде
,
(4.14)
где Dα, Aα, и εα– постоянные, определяемые начальными условиями;
- коэффициент
затухания.
Так как возмущенное движение рассматривается после прекращения действия возмущающих сил, т.е. обусловлено начальным возмущением угла атаки, то Аα = 0.
Опорную
частоту определяют, подставляя в формулу
значения коэффициентов в соответствии
с табл. 1 и выражениями для
,
,
,
и
:
(4.15)
где
,
.
Из
выражения (4.15) следует, что опорная
частота Ω0
зависит от степени продольной статической
устойчивости самолета по перегрузке
и коэффициента вращательной производной.
С увеличением продольной статической
устойчивости растет частота
короткопериодического движения.
Формула (4.15) может быть записана по-другому, если принять во внимание, что
;
;
,
тогда
,
где
;
.
Коэффициент σП называют коэффициентом устойчивости по перегузке.
Если
самолет неустойчив по перегрузке (
>
0), то
<
0. Это означает, что колебательное
движение отсутствует и возмущенное
движение складывается их двух
апериодических, одно из которых с
течением времени возрастает (рi
> 0) по
экспоненциальному закону. Таким образом,
продольное короткопериодическое
движение существует только при наличии
устойчивости самолета по перегрузке.
Величина коэффициента затухания hK находится по формуле
или, подставляя значения коэффициентов из табл. 1:
(4.16)
Если коэффициент затухания hK < 0, то с течением времени амплитуда колебаний затухает и короткопериодическое возмущенное движение является устойчивым. Из соотношения (4.16) видно, что затухание происходит вследствие демпфирования как вращательного (первое слагаемое в правой части), так и поступательного движений.
Демпфирование
поступательного движения объясняется
тем, что при изменении угла атаки в
результате перемещения самолета в
направлении, перпендикулярном скорости,
возникает приращение подъемной силы
,
направленное против такого перемещения.
Если
hK
= 0, то
возмущенное движение представляет
собой гармонические колебания. Если hK
> 0 (отсутствует
демпфирование), то с течением времени
амплитуда колебаний растет и, несмотря
на наличие устойчивости по перегрузке
(
>0),
короткопериодическое движение становится
неустойчивым. Следовательно, статическая
устойчивость по перегрузке является
необходимым, но недостаточным условием
устойчивости короткопериодического
движения.
При слабом затухании короткопериодического движения экипаж и пассажиры в течение длительного времени подвергаются перегрузкам, что утомляет экипаж и отрицательно сказывается на самочувствии пассажиров. Поэтому необходимо, чтобы колебательные движения быстро прекратились.
Для оценки качества короткопериодического движения применяется несколько критериев.
Наиболее распространенным критерием является промежуток времени t0.5 (см. рис.4.4), в течение которого амплитуда колебаний
уменьшается
вдвое:
,
откуда, логарифмируя, это выражение
получим
t 0.5 = -ln2/hk = -0.693/hk (4.17)
Чем больше коэффициент затухания hk, тем меньше времени потребуется на то, чтобы амплитуда уменьшилась вдвое.
Логарифмический
декремент
n
равен
логарифму отношения амплитуд, измеренных
с интервалом времени, равном одному
периоду T:
,
где
Т - период колебаний
.
(4.18)
В качестве промежутка времени t3, в течение которого колебания практически прекратились, принимается время уменьшения амплитуды в двадцать раз.
Аналогично формуле (4.17) получим t3=(ln20)/hk.
Разделив
t3
на период
Т,
получим число колебаний n3
до полного
затухания:
.
(4.19)
Для пассажирского самолета в целях обеспечения комфорта n3 должно быть меньше трех (n3<3). Это означает, что в отношении короткопериодического движения ставятся более жесткие требования, чем условия его устойчивости.
Изменения возмущений угла атаки и угла тангажа определяются выражением (4.14), отличаясь только значениями постоянных A,D и ε. Для Δα величина Аα = 0, а для Δφ величина Аφ≠0, т.е. после прекращения короткопериодического движения угол атаки восстанавливается до исходного значения, а угол тангажа оказывается отклоненным от исходного значения на величину Δφ∞= Аφ (рис.4.5).
Возвращение угла атаки к первоначальному значению означает возвращение к равновесию моментов, но не к равновесию сил, поскольку Δφ≠0. Отсутствие равновесия сил является причиной возникновения длиннопериодического движения.
