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直升飞机在大气重力波影响下的稳定性研究

作　者: 刘银凤
导　师: 余永辉
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 大气重力波山脉地形背景风场直升机运动方程小扰动原理稳定性
分类号: V275.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要

随着人类空间活动的日益增强，空间环境对飞行器影响的重要性也日益突出。大气重力波是中层大气中最重要也是最普遍的动力学过程之一。重力波在中层大气中的传播，在全球的高层大气能量收支平衡中占有重要地位。直升机也由于自身的特点被广泛应用于执行各种任务。国内外对直升机的研究也一直没有间断过，本文主要研究的大气重力波是由于山脉的地形和气流引起的，因而直升机在山脉地区飞行会受到它的影响。本文首先对大气重力波的产生原理、形成因素、传播过程、研究方法等方面的内容，做了全面探讨，并讨论了大气重力波与背景风场之间的相互关系。接着探讨山脉重力波产生的原因及其传播的速度受到影响的条件，由此得出气流流过山脉产生的山脉重力波，在传播的过程中扰动强度与山脉的地形、气流速度的大小、气流传播的方向与山坡的交角有关。再分析直升机的动力学方程，进而运用小扰动原理，简化假设，建立小扰动模型，根据特征方程，计算特征根，根据特征根分别判断在悬停和前飞过程中，波扰动对直升机横、纵向稳定性的影响，从而促进直升机稳定飞行的研究。最后通过具体的数值运算进行简要的分析，我们得出结论：山峰的坡度越陡，气流速度越大，气流方向与山坡的夹角越大，则山脉重力波波速的幅值越大，越容易破碎形成湍流，对直升机稳定性的影响也越大。悬停时由扰动引起的直升机纵向稳定性变化不大，而对直升机横向稳定性起促进作用；而在前飞过程中直升机由纵向稳定变成纵向不稳定状态，而对横向稳定性的影响不大。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 选题背景和意义  10-12
    1.1.1 大气扰动与飞行安全  10
    1.1.2 直升机特点介绍  10-12
    1.1.3 研究意义  12
  1.2 国内外研究背景和现状  12-13
  1.3 文章的主要内容与结构  13-14
第二章大气重力波  14-25
  2.1 预备知识  14-18
    2.1.1 大气层温度纵向分布  14-15
    2.1.2 大气质量守恒  15-16
    2.1.3 大气动量方程  16
    2.1.4 大气能量守恒方程  16-17
    2.1.5 大气重力波中的物理量  17-18
  2.2 大气重力波的传播  18-22
    2.2.1 大气重力波产生的原理  18-19
    2.2.2 大气重力波的形成因素  19-20
    2.2.3 大气重力波的传播过程  20-21
    2.2.4 大气重力波的研究方法  21-22
  2.3 重力波与背景风场之间的相互作用  22-25
    2.3.1 背景风场对于大气重力波传播特性影响  22-23
    2.3.2 重力波对背景风场的修正作用  23-25
第三章山脉重力波的形成机制及研究方法  25-30
  3.1 山脉重力波形成机制  25-27
  3.2 山脉重力波传播  27-30
第四章直升机运动方程  30-36
  4.1 直升机质心的动力学移动方程  30-32
  4.2 直升机质心的动力学转动方程  32-36
    4.2.1 对体轴系中原点的动量矩  32-34
    4.2.2 动量矩对时间的导数  34-36
第五章计算模型的建立  36-47
  5.1 直升机线性运动方程  37-41
    5.1.1 简化假设  37
    5.1.2 运动方程的线性化  37-41
  5.2 小扰动分析直升机的稳定性  41-43
    5.2.1 扰动分析  41
    5.2.2 稳定性判据  41-43
  5.3 数据的计算与结果分析  43-47
    5.3.1 山脉地形的选择  43-44
    5.3.2 数据的计算  44-45
    5.3.3 结果分析  45-47
第六章全文的总结及展望  47-50
  6.1 本文总结  47-48
  6.2 不足与展望  48-50
参考文献  50-52
致谢  52-53
在学期间的研究成果及发表的学术论文  53-54
附录  54-56

直升飞机在大气重力波影响下的稳定性研究

内容摘要

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