穩定是指偏離平衡時能夠回復平衡的特性，控制則是改變飛行狀態的機制。

Presentation on theme: "穩定是指偏離平衡時能夠回復平衡的特性，控制則是改變飛行狀態的機制。"— Presentation transcript:

1 穩定是指偏離平衡時能夠回復平衡的特性，控制則是改變飛行狀態的機制。
五、飛行穩定與控制 穩定是指偏離平衡時能夠回復平衡的特性，控制則是改變飛行狀態的機制。 五、飛行穩定與控制

2 5.1 縱向穩定分析 在飛機對稱面內的一切，稱為縱向。
縱向運動所討論的包含x-軸向與z-軸向的速度分量，以及俯仰角速率Q。這些運動所對應的力為軸向力、正向力(與z-軸相反)、與(對於重心之)俯仰力矩。 在上一個主題所敘述水平尾翼、升降舵等對於攻角α與姿態θ之作用，僅及於靜態穩定，其原因為飛機的直線運動與等速率轉動慣性並未慮及。 五、飛行穩定與控制

3 5.1 縱向穩定分析(續) 所謂慣性就是物體有保持原來狀態的特性。在平衡狀態，若無其他擾動的外力或力矩，飛機就一直保持在平衡狀態。
在受到擾動後，飛機會偏離原來狀態(意指速度、攻角α 、俯仰角速率Q、與俯仰角θ)。 若擾動的因素去除後，根據上一個主題的敘述，飛機的水平尾翼在升降舵固定的情況下，可以使飛機回復到原來的平衡狀態。 五、飛行穩定與控制

4 5.1 縱向穩定分析(續) 在飛機回復到原來的平衡狀態的過程中，因為飛機有慣性，因此不會在剛好在平衡狀態及停止。
事實上，飛機會因為慣性的關係而「反應過度」，而造成振動現象。 五、飛行穩定與控制

5 5.1 縱向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

6 5.1 縱向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

7 5.1 縱向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

8 5.1 縱向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

9 5.1 縱向穩定分析(續) 飛機在平衡狀態受到擾動後之縱向運動。 五、飛行穩定與控制

10 5.2 側向穩定分析 在飛機對稱面外的一切，稱為側向。
側向運動所討論的包含y-軸向的速度分量、滾轉角速率P、以及偏航角速率R。這些運動所對應的力為側向力、滾轉力矩、與偏航力矩。 五、飛行穩定與控制

11 5.2 側向穩定分析(續) 在飛機回復到原來的平衡狀態的過程中，因為飛機有慣性，因此不會在剛好在平衡狀態及停止。
事實上，飛機會因為慣性的關係而「反應過度」，而造成振動現象。 五、飛行穩定與控制

12 5.2 側向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

13 5.2 側向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

14 5.2 側向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

15 5.2 側向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

16 5.2 側向穩定分析(續) 五、飛行穩定與控制

17 5.2 側向穩定分析(續) 飛機在平衡狀態受到擾動後之側向運動。 五、飛行穩定與控制

18 5.3 飛行控制系統設計 由以上飛行動態圖觀察，飛機在平衡狀態受到擾動，會偏離其平衡狀態。
在擾動去除後，若不能夠回復到原來平衡狀態，則是不穩定。若能回復到原來之平衡狀態，則是穩定。 飛行控制系統的目的：(1)在不改變飛機外型的情況下，將不穩定的飛機或雖然穩定，但不甚穩定的飛機，修正成穩定，或較穩定的飛機。(2)使飛機改變不同平衡狀態的過程，有可以接受的品質，或套一句術語，有較佳的「適航性」。 五、飛行穩定與控制

19 5.3 飛行控制系統設計(續) 飛機的穩定與否，主要考慮的是姿態是否穩定。飛機姿態相對於慣性座標可以三個Euler角表示，此即飛機縱軸與北方的夾角，稱為方位角ψ ，飛機縱軸與水平的夾角，稱為仰角θ ，以及飛機對稱面相對於垂直平面的夾角，稱為傾角φ 。 五、飛行穩定與控制

20 5.3 飛行控制系統設計(續) 一般飛機設計，應用空氣動力即可使姿態穩定。高性能飛機的設計為了強調性能，常犧牲飛機的穩定性。若姿態不夠穩定，此即阻尼太小以致動態響應不合需求，則以穩定增強系統輔助，以增強穩定。穩定增強系統藉由加速儀及陀螺儀以感測飛機的加速度及角速度，將感測值回饋並與命令一同輸入飛行控制系統模組，經過分析並且放大訊號後，指示飛機控制面如升降舵、副翼與方向舵等控制，以修正飛機的響應。 五、飛行穩定與控制

21 5.3 飛行控制系統設計(續) 五、飛行穩定與控制

22 5.3 飛行控制系統設計(續) 五、飛行穩定與控制

23 5.3 飛行控制系統設計(續) 飛機經由控制系統增強穩定後，速度、高度與方向未必能為持在某特定的常數，藉由自動駕駛模組，可以使飛機在無人架駛的情況下，維持某特定的速度、高度與方向。自動駕駛的原理與穩定增強的原理相同，差別只在感測與回饋的項目不同。自動駕駛模組的輸入為導航系統的輸出，其輸出則為穩定增強系統的輸入，穩定增強模組與自動駕駛模組合稱控制系統模組。 五、飛行穩定與控制

24 5.3 飛行控制系統設計(續) 五、飛行穩定與控制

25 5.3 飛行控制系統設計(續) 早期飛機的控制系統模組是為類比計算機，並以鋼繩、連桿等連接駕駛控制桿與控制面，近二十年來，飛機控制系統模組以改為數位計算機，飛機駕駛控制桿與控制面之致動器間僅以電線連接，以簡化機構並減輕重量，稱為數位線控飛行，或數控飛操。 五、飛行穩定與控制