tickets_2013_динамика_полета

Московский Физико-Технический Институт (МФТИ)

Факультет Аэромеханики и Летательной Техники (ФАЛТ)

Лекции по динамике полета

(Лекции 1-12)

Баженов С.Г.

Московский Физико-Технический Институт (МФТИ)

Факультет Аэромеханики и Летательной Техники (ФАЛТ)

Лекции по динамике полета

(Лекции 13-26)

Баженов С.Г.

Вопросы к экзамену по курсу «Динамика полета»

3-й Курс ФАЛТ МФТИ, 2011 г.

1.Системы координат используемые для описания движения ЛА. Основные углы, используемые для описания положения, ориентации и вектора скорости самолета.

2.Силы и моменты, действующие на самолет. Безразмерные коэффициенты сил и моментов.

3.Уравнения количества движения ЛА в связанной системе координат.

4.Уравнения момента количества движения ЛА в связанной системе координат. Тензор инерции самолета.

5.Разделение системы уравнений движения самолета на уравнения продольного и бокового движений.

6.Методы исследования задач динамики полета (алгебраические, матричные, операционные).

7.Средняя аэродинамическая хорда.

8.Продольная статическая устойчивость. Производные mαz и mzCy . Понятие об аэродинамическом фокусе.

9.Влияние на положение фокуса ГО, числа Маха, стреловидности и фюзеляжа.

10.Запас устойчивости по перегрузке.

11.Производные mωz z и mαz& .

12.Продольное короткопериодическое движение самолета. Передаточные функции и переходные процессы в короткопериодическом движении.

13.Моментная устойчивость по скорости. Запас устойчивости по скорости.

14.Силовая устойчивость по скорости.

15.Эффективность руля высоты и стабилизатора.

16.Продольная балансировка и управляемость. Балансировочные скорость и угол атаки самолета. Зависимость балансировки от тяги и отклонения органов управления.

17.Продольное длиннопериодическое движение при учете изменения высоты полета.

18.Выбор центровки и площади горизонтального управления.

19.Понятие об управляемости самолета. Характеристики продольной управляемости Xn и Pn. Области хороших оценок летчика.

20.Модель летчика как элемента системы управления. Задачи компенсаторного слежения.

21.Уравнения бокового возмущенного движения. Корни бокового движения. Колебательное и спиральное движение.

22.Изолированное движение рыскания. Переходные процессы при ступенчатом отклонении руля направления. Движение типа «голландский шаг».

23.Изолированное движение крена. Переходные процессы при ступенчатом отклонении элеронов. Влияние движения рыскания на движение крена. Критерий

λ2.

24.Понятие об автоматизации управления. Иерархическое построение комплекса управления самолетом и задачи, решаемые на разных уровнях.

25.Основные элементы системы управления. Сигналы, используемые в СУ и их датчики. Вычислительная часть системы управления современного самолета.

26.Определение перегрузки. Датчик перегрузки. Влияние угловых ускорений и угловых скоростей самолета на показания датчика перегрузки.

27.Измерение углового положения самолета и его угловых скоростей. Позиционный, скоростной и лазерный гироскопы.

28.Принципиальная схема гидромеханического привода.

29.Принципиальная схема электрогидравлического привода.

30.Демпфер тангажа.

31.Автомат продольной устойчивости.

32.Понятие об интегральной системе управления.

33.Демпфер крена.

34.Демпфер рыскания.

35.Формы взаимодействия продольного и бокового движений.

36.Понятие о сваливании самолета. Скорость сваливания. Признаки сваливания.

37.Демпфирование по крену на закритических углах атаки. Петля самовращения.

38.Понятие о штопоре самолета. Выведение самолета из штопора.

39.Понятие о режиме инерционного вращения самолета.

Контрольные вопросы.

Лекция 1.

1.Как ориентированы:

a. земная (нормальная),

b.связанная,

c.полусвязанная,

d.скоростная системы координат?

2.Назовите углы Эйлера. Какие системы координат они связывают?

3.Что такое угол атаки и угол скольжения?

4.Что такое угол наклона траектории и угол курса?

5.Как связаны угол атаки, угол наклона траектории и угол тангажа самолета при отсутствии ветра и угла крена?

6.Что такое навигационный треугольник?

Лекция 2.

1.Напишите в общем векторном виде уравнения сил в связанной системе координат.

2.Напишите в общем векторном виде уравнения моментов в связанной системе координат.

3.Что такое тензор инерции самолета? Назовите его свойства.

4.Почему элементы Ixz и Iyz тензора инерции равны нулю?

5.Что такое главные оси инерции самолета?

6.Какие уравнения составляют полную систему уравнений движения самолета? Сколько уравнений в этой системе?

Лекция 3.

1.Какие основные силы действуют на самолет?

2.Почему сила тяжести не участвует в уравнениях момента импульса?

3.Что такое высотно-скоростные и дроссельные характеристики двигателя?

4.Что такое удельный расход топлива двигателя и коэффициент тяги?

5.Напишите формулу Бреге.

6.Напишите формулы представления аэродинамических сил через безразмерные аэродинамические коэффициенты.

7.Что такое аэродинамическая поляра? Что такое квадратичная поляра?

8.Что такое аэродинамическое качество? Найдите для квадратичной поляры коэффициент сопротивления, соответствующий максимальному качеству.

9.Как вычисляется момент тангажа относительно произвольной точки?

10.Что такое САХ?

11.Почему аэродинамические характеристики самолета приводят, как правило, к точке Хо=0.25САХ?

12.Что такое аэродинамический фокус?

13.В каком случае фокус совпадает с точкой приложения суммарной аэродинамической силы?

14.Что такое запас продольной статической устойчивости?

15.Как запас продольной статической устойчивости связан с положением фокуса и центра тяжести?

16.Как на положение фокуса влияет горизонтальное оперение и ПГО?

17.Что такое скос потока на ГО и как он влияет на положение фокуса?

18.Есть зависимость mz(Су) для Хт=0.25САХ. Нарисуйте, как изменится эта зависимость при смещении ЦТ назад на 0.25САХ. На какую величину изменится наклон характеристики?

19.Что такое декомпозиция и линеаризация аэродинамических характеристик?

20.Приведите пример аэродинамического гистерезиса.

21.Нарисуйте типичные зависимости коэффициента подъемной силы и продольного момента по углу атаки.

22.Нарисуйте зависимость коэффициента продольного момента для статически устойчивого и неустойчивого самолетов.

23.Как пересчитать аэродинамические характеристики с полусвязанных на связанные оси координат?

Лекция 4.

1.Какие органы управления самолетом вы знаете? Для чего они служат?

2.Какие органы механизации вы знаете? Для чего они служат?

3.Какие органы используются для балансировки самолета в продольном движении?

4.В каких случаях требуется балансировка самолета в путевом и поперечном движении? Какие органы управления используются для этого?

5.Какие органы комбинированного управления вы знаете?

6.На каких самолетах применяются элевоны и для чего?

7.Для каких целей используется ПГО?

8.Что такое дифференциально отклоняемый стабилизатор?

9.Для чего применяются спойлеры (интерцепторы)?

10.Чем стабилизатор отличается от руля высоты?

11.Почему руль высоты не применяется для сверхзвуковых самолетов?

12.Нарисуйте типичную зависимость эффективности руля высоты от числа Маха.

13.Зачем нужны закрылки и предкрылки? Как меняется характеристика

Cy(α) при выпуске закрылков и предкрылков?

Лекция 5.

1.Что такое международная стандартная атмосфера (МСА)?

2.Как называются два самых нижних слоя атмосферы?

3.Как меняются, плотность, давление, температура и скорость звука по высоте?

4.Какие атмосферные явления представляют опасность для самолета?

5.Что такое циркуляция атмосферы? Какие циркуляционные ячейки вы знаете? Что такое пассат?

6.Что такое циклон и как он образуется. В какую сторону закручены циклоны в северном и южном полушариях?

7.Чем опасен грозовой фронт для самолета?

8.Чем опасно обледенение для самолета? Как меняется характеристика подъемной силы крыла при наличии обледенения?

9.Что такое спутный след и чем он опасен?

10.Что описывают модели Кармана и Драйдена и что они из себя представляют?

Лекция 6.

1.Какие положения равновесия динамической системы, описывающей самолет, вы знаете? При каких допущениях их можно считать положениями равновесия?

2.Относительно какого положения равновесия производится линеаризация уравнений движения самолета?

3.Что такое динамическая система?

4.Благодаря какому свойству самолета возможно разделение движения самолета на продольное и боковое?

5.Какие координаты вектора состояния описывают продольное и боковое движение самолета? Какие органы управления используются для продольного и бокового движения?

6.Нарисуйте характерное расположение корней продольного движения. Каким параметрам движения они соответствуют (какие параметры доминируют в их собственных векторах)?

7.Что такое короткопериодическое и длиннопериодическое (фугоидное) движение самолета? Какова физическая сущность этих движений?

8.Напишите уравнения короткопериодического движения.

Лекция 7.

1.Что такое критерии Рауса и Гурвица? Каковы их основные недостатки?

2.В чем сущность матричных методов анализа устойчивости и управляемости?

3.Что такое преобразование Лапласа? Что такое передаточная функция и частотная характеристика линейной динамической системы? Как получить передаточную функцию параллельного и последовательного соединения динамических систем.

4.Что такое принцип обратной связи? Как получить передаточную функцию динамической системы, охваченной обратной связью? Как оценить устойчивость системы, охваченной обратной связью?

5.К какому уравнению 2-го порядка сводится система уравнений продольного короткопериодического движения самолета?

6.Чему равна собственная частота короткопериодического движения самолета? Как она зависит от высоты и скорости полета, а также от запаса устойчивости по перегрузке.

7.Что такое запас устойчивости по перегрузке?

8.Чем определяется демпфирование короткопериодического движения самолета?

Лекция 8.

1.Какие основные факторы влияют на положение фокуса самолета?

2.Как на положение фокуса самолета влияет установка ГО и ПГО?

3.Почему на схеме «утка» наблюдается смещение фокуса вперед на сверхзвуковых скоростях?

4.В чем физическая сущность сдвига фокуса назад на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета?

5.Как на положение фокуса влияет стреловидность крыла?

6.Чем плоха чрезмерная продольная статическая устойчивость самолета?

7.В чем физическая сущность понятия запаса устойчивости по перегрузке?

Лекция 9.

1.Чем определяется демпфирование короткопериодического движения самолета?

2.Как на декремент затухания влияет высота и скорость полета?

3.Какие аэродинамические производные оказывают доминирующее воздействие на демпфирование продольного короткопериодического движения?

4.В чем заключается физическая сущность появления демпфирующего момента при вращении самолета по тангажу?

5.Какие основные факторы определяют демпфирование самолета по тангажу?

6.В чем заключается физическая сущность появления демпфирующего момента при изменении угла атаки по времени?

7.Что такое запаздывание скоса потока и на что оно влияет?

8.Какие факторы определяют эффективность куля высоты и стабилизатора?

9.Какова геометрическая интерпретация собственной частоты и демпфирования колебательного звена второго порядка?

10.Выведите передаточную функцию угла атаки, нормальной перегрузки и угловой скорости тангажа от отклонения руля высоты.

11.Как меняются переходные процессы угла атаки при изменении высоты и скорости полета, а также запаса устойчивости по перегрузке.

12.Чем определяется «клевок» вниз в начальный момент в переходном процессе по перегрузке?

Лекция 10.

1.Как определить угол атаки и скорость установившегося режима для фиксированной компоновки самолета.

2.Как изменится скорость установившегося режима при изменении положения стабилизатора?

3.Как изменится скорость установившегося режима при изменении тяги двигателя для самолетов с низко и высоко расположенным двигателем? Куда девается избыток и чем компенсируется недостаток тяги для установившегося полета?

4.Что такое балансировочный угол атаки и балансировочное отклонение стабилизатора?

5.Нарисуйте типичную зависимость балансировочного отклонения стабилизатора по скорости.

6.Что такое расход стабилизатора (руля высоты) на единицу перегрузки?

7.Что такое моментная устойчивость по скорости? Почему на трансзвуке наблюдается неустойчивость по скорости?

8.Что такое силовая неустойчивость по скорости? Нарисуйте зависимость силы сопротивления от скорости и объясните ее поведение. Что такое «вторые» режимы?

Лекция 11.

1.Сколько уравнений описывают продольное движение самолета? Какие параметры входят в динамическую систему продольного движения?

2.Какие параметры описывают продольное короткопериодическое и длиннопериодическое движение самолета? Что такое фугоидное движение?

3.Каков физический смысл короткопериодического и длиннопериодического движения самолета?

4.Нарисуйте характерное расположение корней продольного движения. Какие корни соответствуют длиннопериодическому и фугоидному движению?

5.Нарисуйте типичные переходные процессы по углу атаки, угловой скорости тангажа, углу наклона траектории и скорости на отклонение руля высоты.

6.С чем связана необходимость учета изменения высоты при анализе фугоидного движения? Каков основной результат учета изменения высоты?

7.Как меняется скорость и угол атаки установившегося полета при изменении тяги (вертикальное плечо двигателя равно нулю)? При изменении положения стабилизатора?

Лекция 12.

1.Какой основной параметр описывает горизонтальное оперение?

2.Что такое статический момент горизонтального оперения?

3.Из каких условий и как формируется левая граница для выбора ГО? Как на эту границу влияет допустимый запас статической устойчивости,

упругость конструкции, установка на самолет автоматических средств повышения устойчивости?

4.Из каких условий формируется правая граница для выбора ГО? Как

меняются зависимости Cy(α) и mz(α) при выпуске механизации во взлетное и посадочное положение?

5.Каково характерное значение диапазона центровок для различных самолетов?

Лекция 13.

1.Какие параметры описывают боковое движение самолета?

2.Какие положения равновесия динамической системы, описывающей движение самолета, вы знаете? Около какого положения равновесия производится линеаризация уравнений движения.

3.Какие допущения принимаются при упрощении системы уравнений бокового движения, вплоть до получения уравнений изолированного движения крена и рыскания?

4.Какие параметры движения составляют вектор состояния изолированного движения крена? Что является входным воздействием?

5.Какие параметры движения составляют вектор состояния изолированного движения рыскания? Что является входным воздействием?

6.К какому уравнению второго порядка сводится система уравнений изолированного движения рыскания?

7.Чем определяется собственная частота и демпфирование движения рыскания? Как эти параметры меняются по высоте и скорости полета?

8.Какие основные элементы и параметры конструкции самолета влияют на путевую устойчивость и демпфирование рыскания?

Лекция 14.

1.Нарисуйте характерный переходной процесс по углу скольжения на ступенчатое отклонение руля направления.

2.Как меняются собственная частота и демпфирование движения рыскания по высоте и скорости полета?

3.Нарисуйте характерный переходной процесс по углу крена и угловой скорости крена на ступенчатое отклонение элеронов.

4.Какова физическая сущность демпфирования крена? Как производная

mxωx меняется по углу атаки? Объясните это поведение.

5. Что такое спиральное движение самолета? Чему равен спиральный корень в изолированном движении крена? Как меняется спиральный корень

при учете силы тяжести и наличии производной mxβ .

6. Что такое поперечная устойчивость? Какие факторы оказывают основное влияние на поперечную устойчивость самолета?