Terms and symbols for flight dynamics — Part 3: Derivatives of forces, moments and their coefficients

Termes et symboles de la mécanique du vol — Partie 3: Dérivées des forces, des moments et de leurs coefficients

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
30-Nov-1972
Withdrawal Date
30-Nov-1972
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
01-Apr-1989
Completion Date
01-Apr-1989
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ISO 1151-3:1972 - Terms and symbols for flight dynamics
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ISO 1151-3:1972 - Terms and symbols for flight dynamics — Part 3: Derivatives of forces, moments and their coefficients Released:12/1/1972
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL STANDARD

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION .MEYnYHAPOnHAR OPrAHMlAUMR Il0 CTAHLiAPTM3AUMM .ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Terms and symbols for flight dynamics -
Part I I I :Jderivatives of forces, moments
and their coefficients
Termes et symboles de la mécanique du vol -
Partie III : dérivées des forces, des moments et de leurs coefficients
First edition - 1972-12-01
Reference No. amended 1976-08-15
b UDC 629.7.015 : 003.62 Ref. No. IS0 1151/ill-1972 (E)

Dexriptors : flight characteristics, force, loads (forces), moments, differential calculus, vocabulary, symbols, constants.

Price based on 1 O pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
FOREWORD

IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation

of national standards institutes (IS0 Member Bodies). The work of developing
International Standards is carried out through IS0 Technical Committees. Every
Member Body interested in a subject for which a Technical Committee has been set

up has the right to be represented on that Committee. International organizations,

governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

Draft International Standards adopted by the Technical Committees are circulated
to the Member Bodies for approval before their acceptance as International
Standards by the IS0 Council.
International Standard IS0 1151/111 (previously IS0 1153) was drawn up by
Technical Committee ISO/TC 20, Aircraft and space vehicles.
It was approved in April 1971 by the Member Bodies of the following countries :
Greece Spain
Austria
Israel Thailand
Belgium
Brazil Italy Turkey
Czechoslovakia Japan United Kingdom
Egypt, Arab Rep. of Netherlands U.S.S.R.
France New Zealand
Germany South Africa, Rep. of
No Member Body expressed disapproval of the document.
This International Standard cancels and replaces IS0 Recommendation
R 1153-1969.
fc) international Organization for Standardization, 1972 0
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 2 ----------------------
International Standard IS0 1151/111, Terms and symbols for flight dynamics -

Part 111 : Derivatives of forces, moments and their coefficients, is the third in a

series of International Standards, the purpose of which is to define the principal

terms used in flight dynamics and to specify symbols for these terms.

Other International Standards in this series, which will be extended in the future,

are at present as follows :
IS0 11 5111, Terms and symbols for flight dynamics - Part I : Aircraft motion
relative to the air.
IS0 1151/11, Terms and symbols for flight dynamics - Part II : Motions of the
aircraft and the atmosphere relative to the Earth.
IS0 11 51/IV, Terms and symbols for flight dynamics - Part IV : Parameters used
in the study of aircraft stability and control.

IS0 1 151 IV, Terms and symbols for flight dynamics - Part V : Quantities used in

measurements.

IS0 11 51/VI, Terms and symbols for flight dynamics - Part VI : Aircraftgeometry.

In these International Standards, the term “aircraft” denotes an aerodyne having a

fore-and-aft plane of symmetry. This plane is determined by the geometrical

characteristics of the aircraft. When there are more than one fore-and-aft planes of

symmetry. the reference plane of symmetry IS arbitrary and it is necessary 10
indicate the choice made.
Angles of rotation, angular velocities and moments about any axis are positive
clockwise when viewed in the positive direction of the axis.

All the axis systems used are three-dimensional, orthogonal and right-handed, which

implies that a clockwise (positive) rotation through 7112 about the x-axis brings the

y-axis into the position previously occupied by the z-axis.
Numbering of sections and clauses
Each of these International Standards represents a part of the whole study on
terms and symbols for flight dynamics.
To permit easier reference to a section or a clause from one part to another, a
decimal numbering has been adopted which begins in each International Standard
with the number of the part it represents.
...
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
CONTENTS
Page
3.0 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Normalized forms of the derivatives, with respect to time,
3.1
of the angles of attack and sideslip, and airspeed . . . . . . . 2
3.2 Derivatives of the non-dimensional coefficients of the components
of the resultant force and moment with respect
to normalized quantities (first group) . . . . . . . . . . . 2
3.3 Reference quantities used to form derivatives of the second group. . 5
3.4 Normalized derivatives of the components of the resultant force and
moment with respect to the motion variables (second group) , . . 6
3.5 Derivatives of the non-dimensional coefficients of the components of
the resultant force and moment with respect to motivator deflections 9
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTE RNATl ON AL STANDARD IS0 1151/111-1972 (E)
Terms and symbols for flight dynamics -
Part 111 : derivatives of forces, moments
and their coefficients
3.0 INTRODUCTION

This International Standard deals with the derivatives of forces, moments and their coefficients.

In this International Standard, the effects of the Earth's curvature are not considered; for the purpose of the definition of

Earth axes, the Earth's surface is treated as a plane, that is, the Earth's radius is taken as infinite.

Aeroelastic effects would introduce further quantities, which are not considered in this International Standard.

Two groups of derivatives are usually involved in flight dynamics studies.

The first group is composed of partial derivatives of the non-dimensional coefficients of force and moment components with

respect to normalized variables.

The second gioup is composed of normalized forms of the partial derivatives of force and moment components with respect

to the basic variables of the motion.
Derivatives of the first group

Aerodynamic data are usually quoted in terms of these derivatives. They are meaningful when they relate to those forces and

moments which obey the laws of aerodynamic similarity but their use may be extended to include forces not of this type, for

example propulsion forces.

In this International Standard, it is assumed that the force and moment coefficients depend only on the following variables' :

- the angle of attack (1.2.2);
- the angle of sideslip (1 2.1 );
- the normalized angular velocities (1.3.7);
- the Mach number (1.3.3);

- the normalized forms of the derivatives, with respect to time, of the angle of attack, the angle of sideslip, and the

L airspeed (3.1).
Derivatives of the second group

The derivatives of the second group relate to components of the resultant force and moment arising from all forces and

moments acting on the aircraft, excluding the gravitational, inertial and reaction forces due to contact with the Earth (1.5.1 1.

It is usual to restrict the number of variables used in forming these derivatives to the following2) (1.3.4 and 1.3.6) :

u,v,w,p,q,r,U,~,vii
where the dot refers to differentiation with respect to time.

These partial derivatives are then normalized by dividing by an appropriate constant quantity based on a datum flight

condition (normally an equilibrium condition and denoted by a suffix e).
Remark on the written form of the derivative

The partial derivative, aAlâA, of a quantity A, with respect to a variable A, may be written Ah or Ah according to the custom

of the country. The first form, Ah, is used in this International Standard.

In exceptional circumstances it may prove necessary to increase the number of variables, for example to include Reynolds number.

In exceptional circumstances it may prove necessary to increase the number of variables, for example to include altitude.

---------------------- Page: 5 ----------------------

3.1 NORMALIZED FORMS OF THE DERIVATIVES, WITH RESPECT TO TIME, OF THE ANGLES OF ATTACK AND

SIDESLIP, AND AIRSPEED
Definition Symbol
No. Term
The derivative of the angle of attack (1 2.2) with
3.1.1 Normalized rate of change of
respect to time multiplied by the factor h'V (1.3.1,
the angle of attack
1.4.6)
.* a
(Y =-
~ ~~

3.1.2 Normalized rate of change of The derivative of the angle of sideslip (1.2.1) with

the angle of sideslip respect to time multiplied by the factor l/V (1.3.1,
1.4.6)
Normalized tangential The derivative of the airspeed (1.3.1) with respect
3.1.3
to time multiplie
...

NORME INTERNATIONALE @ 115l/lll
‘*Xe

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION .MEWlYHAPOllHAR OPïAHU3AUUR ii0 CTAHnAPTM3AUUU .ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Termes et symboles de la mécanique du vol -
Partie I I I : /jlérivées des forces, des moments
et de leurs’coefficients
Terms and symbols for flight dynamics -
Pari 111 : derivatives of forces, moments ani their coefficients
Premiere édition -- 1972-12-01
NO de référence modifié 1976-08-15
CDU 629.7.015 : 003.62 Réf. no : IS0 11511lii-1972 (FI

Descripteurs : Caractéristique de vol. force, charge, moment, calcul différentiel, vocabulaire, symbole, constante.

Prix basé sur 10 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
AVANT-PROPOS
IS0 (Organisation Internationale de Normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (Comités Membres ISO). L'élaboration de
Normes Internationales est confiée aux Comités Techniques ISO. Chaque Comité
Membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du Comité Technique
Les organisations internationales, gouvernementales et non
correspondant.
gouvernementales, en liaison avec I'ISO, participent également aux travaux.
Les Projets de Normes Internationales adoptés par les Comités Techniques sont
soumis aux Comités Membres pour approbation, avant leur acceptation comme
Normes Internationales par le Conseil de I'ISO.
La Norme Internationale IS0 1151/111 (précédemment IS0 1153) a ét6 établie
par le Comité Technique ISO/TC 20, Aéronautique er espace.
Elle fut approuvée en avril 1971 par les Comités Membres des pays suivants :
Afrique du Sud, Rép. d' France Royaume-Uni
Allemagne Grèce Tchécoslovaquie
Israël Thaïlande
Autriche
Italie Turquie
Belgique
Japon U.R.S.S.
Brésil
Egypte, Rép. arabe d' Nouvelle-Zélande
Pays-Bas
Espagne
Aucun Comité Membre n'a désapprouvé le document
Cette Norme Internationale annule et remplace la Recommandation
ISO/R 1 153-1 969.
O Organisation Internationale de Normalisation, 1972 0
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
La Norme Internationale IS0 1151/111, Termesetsymbolesdelamécaniquedu vol-

Partie 111 : Dérivées des forces, des moments et de leurs coefficients, est la troisième

d'une série de Normes Internationales dont l'objet est de définir les principaux

termes utilisés en mécanique du vol et de déterminer les symboles correspondants.

Les autres Normes Internationales de cette série, qui sera, dans l'avenir, encore

prolongée, sont actuellement les suivantes :

IS0 1 15 1 JI, Termes et symboles de /a mécanique du vol - Partie I : Mouvement de

l'avion par rapport à l'air.
IS0 11 51/11, Termes et symboles de la mécanique du vol - Partie Il : Mouvements
de l'avion et de l'atmosphère par rapport à la Terre.
IS0 1151 /IV, Termes et symboles de la mécanique du vol - Partie IV: Paramètres
utilisés dans les études de stabilité et de pilotage des avions.
IS0 11 51 IV, Termes et symboles de la mécanique du vol - Partie V : Grandeurs
utilisées dans les mesures.
IS0 11 51/VI, Termes et symboles de la mécanique du vol - Partie VI : Géométrie
de l'avion.

Dans ces Normes Internationales, le terme ((avion)) désigne un aérodyne possédant

Ce plan est déterminé par les Caractéristiques
un plan de symétrie ((avant-arrière)).
a plus d'un plan de symétrie ((avant-arrière)),
géométriques de l'avion. Lorsqu'il y

le plan de symétrie de référence est arbitraire, et il est nécessaire d'en préciser le

choix.

Les angles de rotation, les vitesses angulaires et les moments autour d'un axe sont

positifs dans le sens d'horloge, pour un observateur regardant dans la direction
positive de cet axe.

Tous les trièdres utilisés sont trirectangles et directs, c'est-à-dire qu'une rotation

dans le sens d'horloge (positive) de 7112 autour de l'axe x amène l'axe y dans la

position précédemment occupée par l'axe z.
Numérotation des chapitres et paragraphes
Chacune de ces Normes Internationales constitue une partie de l'ensemble de
l'étude des termes et symboles de la mécanique du vol.
Dans le but de faciliter l'indication des références d'un chapitre ou paragraphe
d'une partie à une autre, il a été adopté une numérotation décimale commencant,
dans chaque Norme Internationale, par le numéro de la partie qu'elle constitue.
...
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
TABLE DES MATIÈRES
Page
3.0 Introduction ................... 1
3.1 Dérivées réduites, par rapport au temps, de l’incidence,
du dérapage et de la vitesse-air ............. 2
Dérivées des coefficients sans dimension des composantes de la force
3.2
résultante et du moment résultant par rapport à des grandeurs
sans dimension (premier groupe) ............ 2
3.3 Grandeurs de référence utilisées pour établir les dérivées du
deuxième groupe .................. 5
3.4 Dérivées sans dimension des composantes de la force résultante et du
moment résultant par rapport aux variables du mouvement
(deuxième groupe) ................. 6
Dérivées des coefficients sans dimension des composantes de la force
3.5
résultante et du moment résultant par rapport aux braquages
des gouvernes ................... 9
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE IS0 Il5l/ill-1972 (F)
Termes et symboles de la mécanique du vol -
Partie I I I : dérivées des forces, des moments
et de leurs coefficients
3.0 INTRODUCTION

La présente Norme Internationale traite des dérivées des forces, des moments et de leurs coefficients.

Dans cette Norme Internationale, les effets de la courbure de la Terre ne sont pas pris en considération; en ce qui concerne la

définition des axes liés à la Terre, la surface de celle-ci est assimilée à un plan, c'est-à-dire que le rayon terrestre est considéré

comme infini.

Les effets de I'aéroélasticité introduiraient des grandeurs supplémentaires, qui ne sont pas prises en considération dans cette

Norme Internationale.

Deux groupes de dérivées sont généralement considérés dans les études de la mécanique du vol

Le premier groupe est constitué par les dérivées partielles des coefficients sans dimension des composantes de force et de

moment par rapport à des variables sans dimension.

Le deuxième groupe est constitué par les dérivées partielles, rendues sans dimension, des composantes de force et de moment

par rapport aux variables physiques du mouvement.
Dérivées du premier groupe

Ces dérivées sont couramment utilisées pour la présentation des résultats aérodynamiques. Elles ont un sens précis lorsqu'elles

concernent les forces et les moments soumis aux règles de similitude de l'aérodynamique, mais elles peuvent également être

utilisées au cas où d'autres forces interviennent, par exemple les forces de propulsion.

Dans la présente Norme Internationale, il est admis que les coefficients de force et de moment dépendent seulement des

variables ci-dessous' ) :
- l'incidence (1.2.2);
- le dérapage (1.2.1);
- les vitesses angulaires réduites (1.3.7);
- le nombre de Mach (1.3.3);

- les dérivées réduites, par rapport au temps, de l'incidence, du dérapage et de la vitesse-air (3.1).

Dérivées du deuxième groupe

Les dérivées du deuxième groupe concernent les composantes de la force résultante et du moment résultant de toutes les

forces et moments appliqués à l'avion, à l'exclusion des forces de pesanteur, d'inertie et de contact avec le sol (1.5.1).

Il est courant de réduire les variables utilisées dans ces dérivations aux suivantes2) (1.3.4 et 1.3.6) :

lJ,v,w#P,q,r,G,i#h,
où U, V., W, sont les dérivées de U, v, w, par rapport au temps. temps.

Ces dérivées partielles sont ensuite rendues sans dimension en les divisant par une grandeur appropriée, constante, calculée a

partir des conditions du vol de référence (usuellement, conditions d'équilibre, notées avec l'indice).

Remarque sur l'écriture des dérivées partielles

La dérivée partielle ôADX d'une grandeur A par rapport à une variable X peut être notée AA ou A* suivant l'usage en cours

dans chaque pays. La premiere forme AA est utilisée dans la présente Norme Internationale.

Exceptionnellement, il peut être nécessaire d'augmenter le nombre des variables et, par exemple, de retenir le nombre de Reynolds

Exceptionnellement, il peut être nécessaire d'augmenter le nombre des variables et, par exemple, de retenir l'altitude

---------------------- Page: 5 ----------------------
IS0 1151/iii-1972 (F)

DERIVEES REDUITES, PAR RAPPORT AU TEMPS, DE L'INCIDENCE, DU DÉRAPAGE ET DE LA VITESSE-AIR

3.1
Définition Symbole
No I Dénomination
___~

3.1.1 Dérivée réduite de l'incidence Dérivée de l'incidence (1.2.2) par rapport au

temps, multipliée par le facteur 1/V (1.3.1 et
1.4.6).
a;* - a
Dérivée du dérapage (1.2.1 ) par rapport au
3.1.2 Dérivée réduite du dérapage
temps, multipliée par le facteur I/V (1.3.1 et
1.4.6).
\i*
3.1.3 Accélération tangentielle Dérivée de la vitesse-air (1.3.1) par rapport au
réduite temps, multipliée par le facteur l/V2 (1.3.1
et 1.4.6)
.* il
3.2 DERIVEES DES COEFFICIENTS SANS DIMENSION DES CO
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.