滾轉力矩

滾轉力矩

滾轉力矩是對飛機重心的空氣動力力矩沿機體坐標系x軸的分量,會引起航空器向左側或向右側傾斜,包括側滑角引起的滾轉力矩;副翼偏轉角引起的滾轉力矩;方向舵偏轉角引起的滾轉力矩;滾轉角速度引起的滾轉力矩和偏航角速度引起的滾轉力矩。

介紹

機體坐標系 機體坐標系
滾轉 滾轉

飛機作為具有6個自由度的物體,在天空中飛行受到的力或力矩可以簡化為:X、Y、Z上的合力和圍繞他們的力矩三個力矩:滾轉力矩、俯仰力矩和偏航力矩。其中繞機體坐標系x軸的力矩分量就是滾轉力矩,會引起航空器向左側或向右側傾斜。

滾轉力矩關係到飛機的橫側向平衡,當作用於航空器機身兩側的滾轉力矩彼此相等,則航空器既不向左滾轉,也不向右滾轉。

組成

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

滾轉力矩包括:側滑角 引起的滾轉力矩 ;副翼偏轉角 引起的滾轉力矩 ;方向舵偏轉角 引起的滾轉力矩 ;滾轉角速度引起的滾轉力矩和偏航角速度 引起的滾轉力矩 。

側滑角引起的滾轉力矩

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

其中 為橫滾靜穩定性導數。

滾轉力矩 滾轉力矩

時,飛機具有橫滾靜穩定性;

滾轉力矩 滾轉力矩

時,飛機為橫滾靜不穩定的。

副翼偏轉角引起的滾轉力矩

稱為滾轉操縱(控制)力矩

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

其中 為滾轉操縱導數,

當副翼正向偏轉時,即“左上右下”偏轉,此時相當於右機翼的翼型彎度增大;而左機翼的翼型彎度減小。所以右機翼的升力增大,而左機翼的升力減小,故此將產生負的滾轉力矩。

方向舵偏轉角引起的滾轉力矩

稱為操縱交叉力矩

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

其中為方向舵操縱交叉導數,。

當方向舵正向偏轉時,即方向舵的後緣向左偏轉將產生正的側力,一般氣動布局的方向舵都在x軸之上,則產生正的滾轉力矩。

滾轉角速率引起的滾轉力矩

即滾轉阻尼力矩,主要由機翼產生,平尾和垂尾也有一定影響,為阻尼力矩

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

其中,為滾轉阻尼力矩,。

飛機正向滾轉,向右滾轉,右機翼下行,左機翼上行,因為下行速度分量與飛機速度V疊加,形成一個迎角增大了的速度合量,所以右機翼升力增加;反之,左機翼升力減小,飛機左滾。

偏航角速率引起的滾轉力矩

即交叉動態力矩,由左右翼速度差造成

滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩
滾轉力矩 滾轉力矩

其中,為滾轉阻尼力矩,。

偏航角速度大於零,即左機翼向前,右機翼向後運動。由於左機翼向前運動,其相對空速增加,升力增加;反之,右機翼升力減小,飛機右滾。

影響因素

著陸瞬間被大風吹歪 著陸瞬間被大風吹歪

影響航空器的橫側平衡的因素主要有燃油的加裝和利用方式、貨物裝載情況和滾動情況、空氣流的作用等。因此加油和耗油時都要保持左右機翼等量。尤其對於寬體航空器,裝載貨物時要保證機身兩側的載量相差不大,同時固定穩固,避免貨物在航空器失去橫側平衡時向一側滾動而加重不平衡的程度。

當由於某種原因使航空器失去橫側平衡時,可以通過改變某側機翼的副翼角度而使航空器恢復橫側平衡。例如當航空器向左側滾轉時,則增大左側副翼放下角度使左側升力增大,就使向右滾轉的力矩增大,使航空器重新回到橫側平衡狀態。

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