4 飛機(jī)的平衡、穩(wěn)定性與操縱性

飛機(jī)的平衡、穩(wěn)定性與操縱性

第四章飛機(jī)在空中的運(yùn)動(dòng)，總可分解成飛機(jī)重心的移動(dòng)和飛機(jī)各部分繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。前者取決于力，后者取決于力矩。飛行員在空中操縱飛機(jī)，靠得就是“一桿兩舵外加油門”，用來(lái)改變作用在飛機(jī)上的力和力矩，以保持或改變飛機(jī)重心的移動(dòng)速度和飛機(jī)繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。飛機(jī)的平衡、穩(wěn)定性和操縱性是闡述飛機(jī)在力和力矩的作用下，飛機(jī)狀態(tài)的保持和改變的基本原理。本章主要內(nèi)容4.1飛機(jī)的平衡4.2飛機(jī)的穩(wěn)定性4.3飛機(jī)的操縱性一、飛機(jī)的平衡什么是飛機(jī)的平衡作用在飛機(jī)上的合力與合力矩均等于零的飛行狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。飛機(jī)的平衡包括作用力平衡和力矩平衡兩個(gè)方面。本節(jié)只分析各力矩的平衡。為了研究問(wèn)題方便，我們用機(jī)體軸系研究飛機(jī)的力矩平衡。（一）、飛機(jī)的坐標(biāo)軸和重心為了確定飛機(jī)的姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡、氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩的方向，必須建立坐標(biāo)軸系。（三）氣流軸系（二）機(jī)體軸系（一）地面軸系坐標(biāo)軸系1、飛機(jī)的坐標(biāo)軸向前為正向右為正向上為正機(jī)體軸系以飛機(jī)機(jī)體為基準(zhǔn),通過(guò)飛機(jī)重心的三條互相垂直的坐標(biāo)軸。橫軸縱軸立軸俯仰滾轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)機(jī)體軸及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)注：角速度和力矩均按右手螺旋法則判定正負(fù)

ωx、Μx、mx

繞縱（ox）軸滾轉(zhuǎn)的滾轉(zhuǎn)角速度、滾轉(zhuǎn)力矩和滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)，飛機(jī)向右滾轉(zhuǎn)為正，向左滾轉(zhuǎn)為負(fù)；

ωy、Μy、my繞立（oy）軸偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角速度、偏轉(zhuǎn)力矩和偏轉(zhuǎn)力矩系數(shù)，機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)為正，向右偏轉(zhuǎn)為負(fù)；

ωz、Μz、mz

繞橫（oz）軸轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰角速度、俯仰力矩和俯仰力矩系數(shù)，機(jī)頭向上為正，下俯為負(fù)；q:動(dòng)壓L:翼展bA:平均空氣動(dòng)力弦根據(jù)機(jī)體軸系和地面軸系的關(guān)系，可以確定飛機(jī)的俯仰角和坡度。俯仰角：機(jī)體縱軸與水平面之間的夾角為正為負(fù)坡度：飛機(jī)對(duì)稱面與機(jī)體縱軸所在鉛垂面之間的夾角。右坡度為正左坡度為負(fù)2、重心（CenterofGravity）飛機(jī)各部件、燃料、乘員、貨物等重力的合力，叫飛機(jī)的重力。飛機(jī)重力的著力點(diǎn)叫做飛機(jī)重心。W(G)重心(CG)重心位置的表示重心的前后位置，常用重心在某一特定翼弦上的投影到該翼弦前端的距離占該翼弦的百分比來(lái)表示。這一特定翼弦，就是平均空氣動(dòng)力弦bA（MAC）或者標(biāo)準(zhǔn)平均弦b平均（SMC）。假想的矩型翼平均空氣動(dòng)力弦原梯形翼bA其面積、空氣動(dòng)力及俯仰力矩等特性與原機(jī)翼相同*與b平均的區(qū)別平均空氣動(dòng)力弦（MAC）*與b平均的區(qū)別bA重心XGxGbA100%CG=重心位置的表示(XG)·（二）、飛機(jī)的平衡（力矩平衡）相對(duì)橫軸(OZ軸)——俯仰平衡相對(duì)立軸(OY軸)——方向平衡相對(duì)縱軸(OX軸)——橫側(cè)平衡1、飛機(jī)的俯仰平衡

飛機(jī)的俯仰平衡是指作用于飛機(jī)的各俯仰力矩之和為零，，飛機(jī)取得俯仰平衡后，不繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，迎角不變。俯仰力矩主要有:機(jī)翼產(chǎn)生的俯仰力矩水平尾翼產(chǎn)生的俯仰力矩拉力（或推力）產(chǎn)生的俯仰力矩L尾重心L翼p2、飛機(jī)的方向平衡

飛機(jī)的方向平衡是指作用于飛機(jī)的各偏轉(zhuǎn)力矩之和為零，,側(cè)滑角不變或側(cè)滑角為零。側(cè)滑是指相對(duì)氣流方向與飛機(jī)對(duì)稱面不一致的飛行狀態(tài)。飛機(jī)有側(cè)滑必產(chǎn)生側(cè)力飛機(jī)無(wú)側(cè)滑但方向舵不中立,垂直尾翼會(huì)產(chǎn)生側(cè)力偏轉(zhuǎn)力矩主要有:兩翼阻力對(duì)重心產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩垂尾側(cè)力對(duì)重心產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩雙發(fā)或多發(fā)飛機(jī)拉力產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩3、飛機(jī)的橫側(cè)平衡

飛機(jī)的橫側(cè)平衡是指作用于飛機(jī)的各滾轉(zhuǎn)力矩之和為零，,坡度不變或坡度為零。滾轉(zhuǎn)力矩主要有:兩翼升力對(duì)重心產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩螺旋槳反作用力矩對(duì)重心產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩4、影響飛機(jī)平衡的主要因素

●加減油門

●收放襟翼

●收放起落架

●重心變化影響俯仰平衡的主要因素加減油門加減油門不僅直接影響拉力或推力力矩的大小，還會(huì)影響到機(jī)翼和尾翼力矩的大小。減油門加油門設(shè)定：拉力線在重心之下襟翼收放

放襟翼機(jī)翼升力增大，同時(shí)升力作用點(diǎn)（壓力中心）后移，下俯力矩增加；另一方面，放襟翼使下洗增大，平尾負(fù)升力增大，抬頭力矩變大。飛機(jī)是抬頭還是低頭?起落架收放一方面導(dǎo)致飛機(jī)重心移動(dòng)；另一方面，起落架附加阻力變化會(huì)引起俯仰力矩變化。重心位置變化重心移動(dòng)對(duì)機(jī)翼的俯仰力矩影響較大。飛行中，人員、貨物的移動(dòng)，燃料的消耗都可能引起飛機(jī)重心的前后變動(dòng)。重心前移，下俯力矩增大，飛機(jī)下俯。俯仰平衡重心前移保持俯仰平衡的主要方法

飛行員可利用偏轉(zhuǎn)升降舵產(chǎn)生的俯仰操縱力矩來(lái)平衡俯仰力矩以保持俯仰平衡。影響方向平衡的主要因素一邊機(jī)翼變形（或兩邊機(jī)翼形狀不一致）左、右兩翼阻力不相等；多發(fā)飛機(jī)，左、右兩發(fā)拉力不相等；或一臺(tái)停車，而產(chǎn)生不對(duì)稱拉力或推力；螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，油門改變時(shí)，滑流引起垂尾力矩的改變；飛機(jī)的方向平衡受到破壞時(shí)，最有效的方法是適當(dāng)?shù)氐哦?，利用偏轉(zhuǎn)方向舵的操縱力矩來(lái)保持飛機(jī)的方向平衡。左發(fā)停車，右發(fā)拉力形成左偏力矩；蹬右舵修正。影響飛機(jī)橫側(cè)平衡的因素一邊機(jī)翼變形（或兩邊機(jī)翼形狀不一致）左、右兩翼升力不相等；螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，油門改變時(shí)，螺旋槳的反作用力矩隨之改變；重心左右移動(dòng)，兩翼升力作用點(diǎn)至重心的力臂改變，形成滾轉(zhuǎn)力矩。飛機(jī)的橫側(cè)平衡受到破壞時(shí)，最有效的方法是適當(dāng)?shù)赜帽P或桿，利用偏轉(zhuǎn)副翼的橫側(cè)操縱力矩來(lái)平衡飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)力矩，以保持飛機(jī)的橫側(cè)平衡。32重心左移，形成左滾力矩，要保持橫側(cè)平衡，飛行員要向右壓桿。本章主要內(nèi)容4.1飛機(jī)的平衡4.2飛機(jī)的穩(wěn)定性4.3飛機(jī)的操縱性（安定性）二、飛機(jī)的穩(wěn)定性（一）、穩(wěn)定性概念及條件在平衡的基礎(chǔ)上研究。（一）、穩(wěn)定性概念及條件一旦擺錘偏離原平衡狀態(tài)，重力分力形成的力矩力圖使擺錘回到原平衡位置。此外，擺錘在擺動(dòng)過(guò)程中還受到空氣阻力形成的力矩作用。單擺的穩(wěn)定性下垂的單擺是穩(wěn)定的，因?yàn)槠涫艿椒€(wěn)定力矩和阻尼力矩的共同作用。阻尼力矩原平衡狀態(tài)穩(wěn)定力矩阻尼力矩原平衡狀態(tài)穩(wěn)定力矩單擺在這兩個(gè)力矩的共同作用下，最終回到原平衡狀態(tài)。倒立單擺的穩(wěn)定性倒立的單擺不具備穩(wěn)定力矩，因此是不穩(wěn)定的。原平衡狀態(tài)不穩(wěn)定力矩靜穩(wěn)定性與動(dòng)穩(wěn)定性受擾后出現(xiàn)穩(wěn)定力矩，具有回到原平衡狀態(tài)的趨勢(shì)，稱為物體是靜穩(wěn)定的。靜穩(wěn)定性研究物體受擾后的最初響應(yīng)問(wèn)題。正的靜穩(wěn)定性中立靜穩(wěn)定性負(fù)的靜穩(wěn)定性靜穩(wěn)定靜不穩(wěn)定中立穩(wěn)定擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)阻尼力矩，最終使物體回到原平衡狀態(tài)，稱物體是動(dòng)穩(wěn)定的。動(dòng)穩(wěn)定性研究物體受擾運(yùn)動(dòng)的時(shí)間響應(yīng)歷程問(wèn)題。振幅正的動(dòng)穩(wěn)定性（穩(wěn)定）中立動(dòng)穩(wěn)定性負(fù)的動(dòng)穩(wěn)定性（不穩(wěn)定）靜穩(wěn)定性與動(dòng)穩(wěn)定性衡量動(dòng)穩(wěn)定性好壞的參數(shù)：1、半衰期t1/2

（或倍幅時(shí)間t2）tt1/2t2

模態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化到初始值的一半（模態(tài)收斂）或初始值的二倍（模態(tài)發(fā)散）所需的時(shí)間。2、擺動(dòng)周期（T）3、半衰期（倍增期）內(nèi)振蕩次數(shù)N1/2（N2）對(duì)于振蕩模態(tài)，周期表示振蕩一周所需的時(shí)間。飛機(jī)穩(wěn)定性的定義

飛機(jī)的穩(wěn)定性是指：飛機(jī)受到小擾動(dòng)（包括陣風(fēng)擾動(dòng)和操縱擾動(dòng)）后，偏離原平衡狀態(tài)，在擾動(dòng)消失后，飛行員不給于任何操縱，飛機(jī)自動(dòng)恢復(fù)原平衡狀態(tài)（包括最初響應(yīng)—靜穩(wěn)定性問(wèn)題，和最終響應(yīng)—?jiǎng)臃€(wěn)定性問(wèn)題）的特性。飛機(jī)具有穩(wěn)定性的條件：必須有M穩(wěn)、M阻共同作用，缺一不可。飛機(jī)的穩(wěn)定性俯仰穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性橫側(cè)穩(wěn)定性飛機(jī)穩(wěn)定性的定義飛機(jī)的穩(wěn)定性分為：飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性，指的是飛行中，飛機(jī)受微小擾動(dòng)以至迎角變化時(shí)，在擾動(dòng)消失后，飛機(jī)自動(dòng)恢復(fù)原迎角態(tài)的特性。（二）、飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性什么是俯仰穩(wěn)定性飛機(jī)具有俯仰穩(wěn)定性，是俯仰穩(wěn)定力矩和俯仰阻尼力矩共同作用的結(jié)果。瞬間受擾機(jī)頭上抬飛機(jī)附加升力俯仰穩(wěn)定力矩1、俯仰穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生焦點(diǎn)重心飛機(jī)具有俯仰靜穩(wěn)定性的關(guān)鍵是：（主要是水平尾翼的作用）焦點(diǎn)：迎角變化時(shí)飛機(jī)附加升力的著力點(diǎn)。飛機(jī)焦點(diǎn)在重心之后。（氣動(dòng)中心）焦點(diǎn)與壓力中心迎角增加，壓力中心向前移動(dòng)機(jī)翼升力對(duì)焦點(diǎn)的下俯力矩恒定焦點(diǎn)＊迎角變化，壓力中心移動(dòng)，低速飛行焦點(diǎn)位置通常在25%bA處．迎角變化，焦點(diǎn)不動(dòng)（低速范圍且迎角小于抖動(dòng)迎角）。焦點(diǎn)與俯仰穩(wěn)定力矩只有焦點(diǎn)的位置在飛機(jī)的重心之后飛機(jī)才具有俯仰穩(wěn)定性，焦點(diǎn)距離重心越遠(yuǎn)，俯仰穩(wěn)定性越強(qiáng)。2、俯仰阻尼力矩的產(chǎn)生俯仰阻尼力矩主要由平尾產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)方向相對(duì)氣流平尾附加升力俯仰阻尼力矩飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向重心ωz△VV△VV△Y尾2、俯仰阻尼力矩的產(chǎn)生重心前，局部迎角減小，附加升力向下重心后，局部迎角增加，附加升力向上對(duì)重心形成下俯阻尼力矩機(jī)頭上仰Mz=mz12—ρv2

sbAmzαmz綜合表達(dá)了飛機(jī)迎角、重心位置、升降舵偏角等對(duì)俯仰力矩的影響。3、俯仰穩(wěn)定性的判別俯仰力矩系數(shù)曲線的斜率也稱為迎角靜穩(wěn)定度或縱向靜穩(wěn)定度，它表示迎角每變化1度時(shí)俯仰力矩系數(shù)的變化量，它的表達(dá)式為：抬頭低頭＋－mzα<0,飛機(jī)具有靜穩(wěn)定性

mzα>0,飛機(jī)不具有靜穩(wěn)定性

mzα=0，飛機(jī)中立靜穩(wěn)定3、俯仰穩(wěn)定性的判別mzαmzCyCyα.=迎角穩(wěn)定度又常用表示mzCymzCy<0,飛機(jī)具有靜穩(wěn)定性

mzCy>0,飛機(jī)不具有靜穩(wěn)定性

mzCy=0，飛機(jī)中立靜穩(wěn)定俯仰力矩系數(shù)曲線重心焦點(diǎn)迎角靜穩(wěn)定度mzα或mzCy為負(fù)值的關(guān)鍵是：飛機(jī)焦點(diǎn)在重心之后3、俯仰穩(wěn)定性的判別mzαmzCy=-Cy(XF-XG)α=-(XF-XG)俯仰穩(wěn)定力矩在曲線飛行中的作用“機(jī)頭追氣流”現(xiàn)象飛機(jī)的方向穩(wěn)定性，指的是飛行中，飛機(jī)受微小擾動(dòng)以至方向平衡遭到破壞（產(chǎn)生側(cè)滑或側(cè)滑角變化），在擾動(dòng)消失后，飛機(jī)自動(dòng)恢復(fù)原平衡狀態(tài)的特性。（三）、飛機(jī)的方向穩(wěn)定性什么是方向穩(wěn)定性飛機(jī)具有方向穩(wěn)定性，是方向穩(wěn)定力矩和方向阻尼力矩共同作用的結(jié)果。側(cè)滑的概念側(cè)滑：相對(duì)氣流方向與飛機(jī)對(duì)稱面不一致的飛行。側(cè)滑角（β）：相對(duì)氣流方向與飛機(jī)對(duì)稱面之間的夾角。右側(cè)滑（為正）左側(cè)滑（為負(fù)）內(nèi)側(cè)滑外側(cè)滑側(cè)滑前翼側(cè)滑后翼側(cè)力公式及影響因素2、Cz:側(cè)力系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出的無(wú)因次數(shù)值，它的大小綜合表達(dá)了β、機(jī)身和垂尾形狀等因素對(duì)側(cè)力的影響。

Z=Czρ·V2·

S12右側(cè)滑左側(cè)滑右側(cè)力左側(cè)力1、側(cè)力公式側(cè)力系數(shù)曲線方向穩(wěn)定力矩主要是在飛機(jī)出現(xiàn)側(cè)滑時(shí)由垂尾產(chǎn)生的。1、主要方向穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生機(jī)身，以及背鰭和腹鰭也可以產(chǎn)生方向穩(wěn)定力矩。產(chǎn)生條件：有側(cè)滑原因：側(cè)滑中主要由垂尾側(cè)力產(chǎn)生（使飛機(jī)側(cè)力的著力點(diǎn)在重心之后）作用：力圖消除側(cè)滑飛機(jī)側(cè)力橫軸后掠角上反角和后掠角的設(shè)計(jì)等也能夠使機(jī)翼產(chǎn)生方向穩(wěn)定力矩。2、其他方向穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生上反角機(jī)身四分之一翼弦連線方向穩(wěn)定力矩在曲線飛行中的作用“機(jī)頭追氣流”現(xiàn)象3、方向阻尼力矩的產(chǎn)生方向阻尼力矩主要由垂尾產(chǎn)生。垂尾附加側(cè)力轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)引起的附加氣流速度方向阻尼力矩作用：阻止飛機(jī)繞立軸偏轉(zhuǎn)條件：飛機(jī)繞立軸偏轉(zhuǎn)原因：垂尾處相對(duì)氣流方向變化垂尾處側(cè)滑角變化產(chǎn)生附加Z

對(duì)重心形成My阻4、方向穩(wěn)定性與側(cè)滑角飛機(jī)的方向穩(wěn)定性只能保持側(cè)滑角，而不能保持飛機(jī)的航向不變，因此也稱風(fēng)標(biāo)穩(wěn)定性。丁字風(fēng)向標(biāo)飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性，指的是飛行中，飛機(jī)受微小擾動(dòng)以至橫側(cè)平衡遭到破壞，在擾動(dòng)消失后，飛機(jī)自動(dòng)趨向恢復(fù)原平衡狀態(tài)的特性。（四）、飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性什么是橫側(cè)穩(wěn)定性飛機(jī)之所以具有橫側(cè)穩(wěn)定性，是飛機(jī)橫側(cè)穩(wěn)定力矩和橫側(cè)阻尼力矩共同作用的結(jié)果。1、橫側(cè)穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生合力橫側(cè)穩(wěn)定力矩主要由側(cè)滑中機(jī)翼的上反角和后掠角產(chǎn)生。受擾----機(jī)翼傾斜----飛機(jī)側(cè)滑----升力重力上反角產(chǎn)生的橫側(cè)穩(wěn)定力矩?zé)o側(cè)滑時(shí)，兩翼迎角相同。上反角產(chǎn)生的橫側(cè)穩(wěn)定力矩上反角作用,使側(cè)滑前翼迎角增大,側(cè)滑后翼迎角減小;兩翼升力差對(duì)重心形成橫側(cè)穩(wěn)定力矩兩翼阻力差對(duì)重心形成方向穩(wěn)定力矩垂尾附加側(cè)力對(duì)重心形成橫側(cè)穩(wěn)定力矩飛機(jī)受擾左傾斜左側(cè)滑后掠角產(chǎn)生的橫側(cè)穩(wěn)定力矩——垂直分速不斷改變，對(duì)壓力分布起決定性影響，稱為有效速度——平行分速不發(fā)生變化，對(duì)壓力分布沒(méi)有影響V=Vn=VcosχVt=VsinχVnVtV后掠角產(chǎn)生的橫側(cè)穩(wěn)定力矩飛機(jī)受擾左傾斜左側(cè)滑VVnVtVnVt側(cè)滑前翼的有效分速大，側(cè)滑后翼的有效分速小;兩翼升力差對(duì)重心形成橫側(cè)穩(wěn)定力矩兩翼阻力差對(duì)重心形成方向穩(wěn)定力矩后掠角產(chǎn)生的橫側(cè)穩(wěn)定力矩飛機(jī)受擾左傾斜左側(cè)滑其他橫側(cè)穩(wěn)定力矩的產(chǎn)生機(jī)翼上下位置不同對(duì)飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性也有影響。上單翼飛機(jī)橫側(cè)穩(wěn)定性強(qiáng)下單翼飛機(jī)橫側(cè)穩(wěn)定性弱機(jī)翼上下位置的影響在飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，為取得合適的橫側(cè)穩(wěn)定性，往往采用這幾種機(jī)翼構(gòu)型的組合。下圖為上單下反后掠布局。上單下反后掠布局美國(guó)C—17產(chǎn)生條件：有側(cè)滑作用：力圖使飛機(jī)向側(cè)滑的反方向滾轉(zhuǎn)原因：側(cè)滑中主要由上反角（低速飛機(jī)）和后掠角（高速飛機(jī)）產(chǎn)生橫側(cè)穩(wěn)定力矩2、橫側(cè)阻尼力矩的產(chǎn)生飛機(jī)的橫側(cè)阻尼力矩主要由機(jī)翼產(chǎn)生。飛機(jī)在受擾后的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于機(jī)翼存在附加上、下氣流分量，使兩翼迎角不等，從而導(dǎo)致兩翼升力不等，這一力矩對(duì)飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用。滾轉(zhuǎn)方向阻尼力矩方向△Y左△Y右△V△V橫側(cè)阻尼力矩V左△VV△αV右△VV△α2、橫側(cè)阻尼力矩的產(chǎn)生（五）、飛機(jī)方向穩(wěn)定性和橫側(cè)穩(wěn)定性的關(guān)系方向穩(wěn)定性側(cè)向穩(wěn)定性MX阻MX穩(wěn)側(cè)滑側(cè)滑兩個(gè)穩(wěn)定力矩都與側(cè)滑有關(guān)：有側(cè)滑，有這兩個(gè)力矩；無(wú)側(cè)滑，無(wú)這兩個(gè)力矩。*My阻My穩(wěn)（航向）橫側(cè)穩(wěn)定性（橫向）飛機(jī)有側(cè)向穩(wěn)定性，不僅要有：若橫側(cè)穩(wěn)定性過(guò)強(qiáng)，方向穩(wěn)定性過(guò)弱——飄擺（荷蘭滾）橫側(cè)穩(wěn)定性過(guò)弱，方向穩(wěn)定性過(guò)強(qiáng)——盤旋下降（螺旋下降）這四個(gè)力矩，而且要配合恰當(dāng)，才能保證飛機(jī)有側(cè)向穩(wěn)定性，否則，飛機(jī)將不具有側(cè)向穩(wěn)定性Mx阻Mx穩(wěn)My阻My穩(wěn)（五）、飛機(jī)方向穩(wěn)定性和橫側(cè)穩(wěn)定性的關(guān)系飄擺飛機(jī)受擾左傾斜→左側(cè)滑，若橫側(cè)穩(wěn)定性強(qiáng)→飛機(jī)迅速改平坡度；方向穩(wěn)定性弱→飛機(jī)左偏的速度慢，未等左側(cè)滑消除，飛機(jī)又帶右坡度→右側(cè)滑。飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性過(guò)強(qiáng)而方向穩(wěn)定性過(guò)弱，易產(chǎn)生飄擺。于是，飛機(jī)左右滾偏振蕩，形成飄擺。飄擺飄擺的危害性在于：飄擺震蕩周期只有幾秒，修正過(guò)程中極易造成推波助瀾，加大飄擺。正常情況下，飄擺半衰期很短，但當(dāng)方向穩(wěn)定性和橫側(cè)穩(wěn)定性不協(xié)調(diào)時(shí)，易使飄擺半衰期延長(zhǎng)甚至不穩(wěn)定，嚴(yán)重危及安全。大型運(yùn)輸機(jī)在高空和低速飛行時(shí)由于穩(wěn)定性發(fā)生變化易發(fā)生飄擺。因此廣泛使用飄擺阻尼器。螺旋(盤降)不穩(wěn)定飛機(jī)受擾左傾斜→左側(cè)滑，若橫側(cè)穩(wěn)定性弱→飛機(jī)改平坡度慢；方向穩(wěn)定性強(qiáng)→飛機(jī)左偏的速度快→快速左偏導(dǎo)致右翼升力大→飛機(jī)飛機(jī)難于改平左坡度。最終導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入緩慢的盤旋下降過(guò)程，稱螺旋不穩(wěn)定。螺旋不穩(wěn)定的周期較大，對(duì)飛行安全不構(gòu)成威脅，飛機(jī)設(shè)計(jì)中允許出現(xiàn)輕度的螺旋不穩(wěn)定。飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性過(guò)弱而方向穩(wěn)定性過(guò)強(qiáng)，易產(chǎn)生螺旋不穩(wěn)定。無(wú)論是飛機(jī)偏轉(zhuǎn)力矩隨側(cè)滑角變化的曲線，還是飛機(jī)滾轉(zhuǎn)力矩隨側(cè)滑角變化的曲線，當(dāng)曲線斜率為負(fù)時(shí)（六）、力矩系數(shù)曲線左偏右偏右側(cè)滑穩(wěn)定不穩(wěn)定左滾右滾右側(cè)滑不穩(wěn)定穩(wěn)定mymx左側(cè)滑左側(cè)滑＋＋＋＋－－－－（），才能具有穩(wěn)定性。ββ1、重心的位置2、速度速度增大，穩(wěn)定性越強(qiáng)（穩(wěn)定力矩和阻尼力矩增大）。4、大迎角飛行（七）、影響飛機(jī)穩(wěn)定性的因素3、高度變化高度增高，穩(wěn)定性減弱（穩(wěn)定力矩和阻尼力矩減?。?。重心位置靠前，飛機(jī)的俯仰穩(wěn)定性增強(qiáng)。重心位置靠前，飛機(jī)的方向穩(wěn)定性有所增加，但不明顯。重心位置前后移動(dòng)，對(duì)橫側(cè)穩(wěn)定性無(wú)影響。重心焦點(diǎn)1、重心的位置⑴、后掠翼飛機(jī)，俯仰穩(wěn)定性變?nèi)?，甚至可能不穩(wěn)定。4、大迎角飛行大迎角下自動(dòng)上仰4、大迎角飛行⑵、大迎角飛行時(shí)方向穩(wěn)定性一般隨α增大而有所減弱，α過(guò)大，某些飛機(jī)可能會(huì)失去方向穩(wěn)定性。－方向自轉(zhuǎn)——喪失方向靜穩(wěn)定性＋－27°方向自轉(zhuǎn)——喪失方向靜穩(wěn)定性86⑶、大迎角飛行時(shí)橫側(cè)穩(wěn)定力矩隨α增大而有所增大4、大迎角飛行飛機(jī)受擾右滾，右翼下沉，迎角增大，左翼上揚(yáng)，迎角減小。若迎角大于臨界迎角，會(huì)導(dǎo)致迎角大，升力反而小，迎角小，升力反而大，從而導(dǎo)致橫側(cè)阻尼力矩方向改變，飛機(jī)繼續(xù)右滾，出現(xiàn)機(jī)翼自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。4、大迎角飛行α﹥?chǔ)羒j

飛機(jī)可能失去橫側(cè)穩(wěn)定性﹡α﹥?chǔ)羒j

飛機(jī)仍有橫側(cè)穩(wěn)定力矩本章主要內(nèi)容4.1飛機(jī)的平衡4.2飛機(jī)的穩(wěn)定性4.3飛機(jī)的操縱性（安定性）三、飛機(jī)的操縱性操縱性的定義：

飛機(jī)的操縱性是指飛機(jī)在飛行員操縱升降舵、方向舵和副翼改變其飛行狀態(tài)的特性。俯仰操縱性方向操縱性橫側(cè)操縱性主操縱系統(tǒng)—改變、保持飛行狀態(tài)對(duì)副翼、升降舵、方向舵操縱輔助操縱系統(tǒng)—改善性能、減小或消除操縱力調(diào)整片、襟翼、縫翼、擾流板操縱飛行操縱系統(tǒng)主操縱系統(tǒng)型式

無(wú)助力式：中小型飛機(jī)（鋼索軟式傳動(dòng)、傳動(dòng)桿硬式傳動(dòng)）液壓助力式：大型飛機(jī)，結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)施電傳式：計(jì)算機(jī)給助力器發(fā)指令，自動(dòng)化高但受電磁環(huán)境干擾（A320330340等）主操縱系統(tǒng)型式

無(wú)助力式：中小型飛機(jī)（鋼索軟式傳動(dòng)、傳動(dòng)桿硬式傳動(dòng)）液壓助力式：大型飛機(jī)，結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)施飛行員操縱桿、舵后，重新穩(wěn)定下來(lái)，各力矩取得新的平衡時(shí)，桿、舵操縱與飛行狀態(tài)之間的關(guān)系。包括桿舵行程，施加于桿、舵上的力等變化規(guī)律。從飛行員操縱桿、舵開始到達(dá)穩(wěn)態(tài)為止，這一過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短與特性。即飛機(jī)對(duì)飛行員操縱桿舵的反應(yīng)快慢與反應(yīng)情況的規(guī)律。靜操縱性：動(dòng)操縱性：操縱動(dòng)作簡(jiǎn)單、省力、飛機(jī)反應(yīng)快，操縱性是好的。反之，操縱動(dòng)作復(fù)雜、笨重、飛機(jī)反應(yīng)慢，操縱性是不好的。操縱桿、舵的力和行程，不能太大也不能太小，太大，操縱費(fèi)力，飛行員易疲勞；太小，不易準(zhǔn)確地感覺(jué)操縱量。飛行員操縱桿、舵后，飛機(jī)反應(yīng)快慢要適當(dāng)，即不可遲鈍，也不能過(guò)于靈敏。（一）、飛機(jī)的俯仰操縱性飛機(jī)的俯仰操縱性是指飛行員操縱駕駛桿偏轉(zhuǎn)升降舵后，飛機(jī)繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)而改變其迎角等飛行狀態(tài)的特性。拉一定桿升降舵上偏附加向下升力1、直線飛行中改變迎角的基本原理1、直線飛行中改變迎角的基本原理在直線飛行中，若飛行員向后拉一點(diǎn)桿，升降舵就向上偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，于是水平尾翼上產(chǎn)生向下的附加升力，對(duì)飛機(jī)重心形成俯仰操縱力矩，迫使機(jī)頭上仰，迎角增大。引起飛機(jī)產(chǎn)生向上的附加升力，其著力點(diǎn)是飛機(jī)的焦點(diǎn)；飛機(jī)的附加升力和它所形成的穩(wěn)定力矩也逐漸增大；當(dāng)迎角增大到一定程度時(shí)，穩(wěn)定力矩與操縱力矩相等，飛機(jī)俯仰力矩重新取得平衡，飛機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并保持較大迎角飛行。俯仰操縱力矩=俯仰穩(wěn)定力矩M

Z操

=M

Z穩(wěn)如果飛行員再向后拉一點(diǎn)桿，增大一些上仰操縱力矩，迎角就會(huì)再增大一點(diǎn)，下俯的穩(wěn)定力矩也相應(yīng)增大一些，直至重新平衡，飛機(jī)就保持更大的迎角飛行。相反，飛行員向前推一點(diǎn)桿，飛機(jī)就會(huì)保持較小的迎角飛行。結(jié)論：直線飛行中，每一個(gè)桿的前后位置，都對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的迎角。桿位越靠后，對(duì)應(yīng)的迎角也越大。2、曲線飛行中改變迎角的基本原理曲線飛行與直線飛行比較，增加相同的迎角，飛行員需多拉桿，其增加的升降舵偏角所產(chǎn)生的縱向操縱力矩用來(lái)克服俯仰阻尼力矩。飛機(jī)做曲線飛行，速度方向不斷變化，具有俯仰穩(wěn)定性的飛機(jī)，要保持迎角不變，機(jī)頭勢(shì)必不斷地繞橫軸做上仰轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，由升降舵產(chǎn)生的操縱力矩，不僅要克服由于迎角增大而產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，而且還要克服由于飛機(jī)繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的阻尼力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度一定時(shí)，飛機(jī)的俯仰力矩的平衡關(guān)系是：俯仰操縱力矩=俯仰穩(wěn)定力矩+俯仰阻尼力矩飛行員操縱駕駛桿，要施加一定的力，這個(gè)力簡(jiǎn)稱為桿力。3、駕駛桿力桿力的產(chǎn)生和影響因素飛行員向后拉桿，升降舵向上偏一個(gè)角度（δz）時(shí)，升降舵上產(chǎn)生一個(gè)向下的空氣動(dòng)力（△Yδz）對(duì)飛機(jī)重心形成上仰操縱力矩，同時(shí)對(duì)升降舵鉸鏈(樞軸)形成一個(gè)力矩（叫鉸鏈力矩），這個(gè)力矩迫使升降舵和桿返回中立位置，為保持升降舵偏角不變，亦即保持桿位置不變，飛行員必須用一定的力（Fs）拉桿，以平衡鉸鏈力矩的作用。施加給駕駛桿的力稱駕駛桿力（Fs或P）駕駛桿上端位置變化量稱為桿位移（dX）桿力的產(chǎn)生樞軸桿力的影響因素M樞軸樞軸L舵由M樞軸傳來(lái)的力舵偏角大、舵面尺寸大、飛行速度大，作用在舵面上的氣動(dòng)力就大，飛行員施加的操縱力就大。頂桿平飛的桿位移（升降舵偏角）曲線δz(X)V平飛桿力曲線VP大速度下，桿位移增加少，桿力增加多。小速度下，桿位移增加多，桿力增加少。V配平：平飛時(shí)桿力為零的速度。V配平調(diào)整片的作用飛行中調(diào)整片可以減小和消除桿（舵）力。調(diào)整片的作用飛行中調(diào)整片可以減小和消除桿力。調(diào)整片偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力對(duì)升降舵鉸鏈形成力矩，抵消一部分鉸鏈力矩，因而減小了桿力。

＊調(diào)整片偏轉(zhuǎn)方向與升降舵偏轉(zhuǎn)方向正好相反。調(diào)整片有機(jī)械式和電動(dòng)式，由配平手輪或電門操縱調(diào)整片的操縱方向，與飛行員操縱動(dòng)作的方向一致起飛前，將升降舵調(diào)整片預(yù)調(diào)到所需位。中立標(biāo)線標(biāo)志、中立信號(hào)燈當(dāng)飛機(jī)主操縱系統(tǒng)故障時(shí)，配平調(diào)整片可應(yīng)急操縱。飛機(jī)主操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，松脫或斷裂，配平操縱方向與正常一致；卡阻時(shí)，相反。調(diào)整片可以改變不同速度下的桿力大小調(diào)整片中立V平衡顯然使用調(diào)整片可在任何V下（在平飛速度范圍）使桿力為零V平衡：調(diào)整片中立時(shí)的配平速度。向前調(diào)向后調(diào)（二）、飛機(jī)的方向操縱性（無(wú)滾轉(zhuǎn)）飛機(jī)的方向操縱性是指飛行員操縱方向舵以后，飛機(jī)繞立軸偏轉(zhuǎn)而改變其側(cè)滑角等飛行狀態(tài)的特性。直線飛行中改變側(cè)滑角的基本原理My操

=My穩(wěn)

蹬右舵，飛機(jī)產(chǎn)生左側(cè)滑。蹬左舵，飛機(jī)產(chǎn)生右側(cè)滑。方向舵偏轉(zhuǎn)后產(chǎn)生方向鉸鏈力矩，飛行員需用力蹬舵才能保持方向舵偏轉(zhuǎn)角不變。方向舵偏轉(zhuǎn)角越大，氣流動(dòng)壓越大，蹬舵力越大。結(jié)論：在直線飛行中，一個(gè)方向舵偏轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)著一個(gè)固定的側(cè)滑角。（三）、飛機(jī)的橫側(cè)操縱性（無(wú)側(cè)滑）飛機(jī)的橫側(cè)操縱性是指飛行員操縱副翼以后，飛機(jī)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)而改變其滾轉(zhuǎn)角速度、坡度等飛行狀態(tài)的特性。飛行中不帶側(cè)滑的橫側(cè)操縱基本原理橫側(cè)操縱力矩=橫側(cè)阻尼力矩

每一個(gè)壓桿位置，對(duì)應(yīng)著一個(gè)穩(wěn)定的滾轉(zhuǎn)角速度，壓桿量越大，穩(wěn)定的滾轉(zhuǎn)角速度越大。結(jié)論向左壓桿飛機(jī)左滾橫側(cè)操縱性的特點(diǎn)飛行中進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或盤旋的操縱時(shí),必須在接近預(yù)定坡度時(shí)將桿回到中立位置,消除橫側(cè)操縱力矩,飛機(jī)在橫側(cè)阻尼力矩作用的阻止下,使?jié)L轉(zhuǎn)角速度逐漸消失。（四）、方向操縱性和橫側(cè)操縱性的關(guān)系（四）、方向操縱性和橫側(cè)操縱性的關(guān)系結(jié)論：在操縱效果上，存在桿舵互換（但效率不高）。蹬左舵—向左偏轉(zhuǎn)—右側(cè)滑—向左滾轉(zhuǎn)；蹬右舵—向右偏轉(zhuǎn)—左側(cè)滑—向右滾轉(zhuǎn)；左壓桿—向左滾轉(zhuǎn)—左側(cè)滑—向左偏轉(zhuǎn)；右壓桿—向右滾轉(zhuǎn)—右側(cè)滑—向右偏轉(zhuǎn)；在實(shí)際飛行中，飛行員只壓桿或只蹬舵，都將引起飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)。在飛行中，經(jīng)常要求無(wú)側(cè)滑，必須桿舵協(xié)調(diào)。

桿舵的效用可以互換。方向操縱性和橫側(cè)操縱性合起來(lái)稱為飛機(jī)的側(cè)向操縱性。側(cè)向操縱性（五）、影響飛機(jī)操縱性的因素1、飛機(jī)重心位置前后移動(dòng)對(duì)操縱性的影響和重心的前后極限位置。2、飛行速度對(duì)飛機(jī)操縱性的影響。3、飛行高度對(duì)操縱性的影響4、迎角對(duì)橫側(cè)操縱性的影響——橫側(cè)反操縱的現(xiàn)象。1、飛機(jī)重心位置前后移動(dòng)對(duì)操縱性的影響和重心的前后極限位置飛機(jī)重心位置前后移動(dòng)對(duì)俯仰操縱性影響極大

重心焦點(diǎn)操縱力矩穩(wěn)定力矩俯仰操縱力矩=俯仰穩(wěn)定力矩1、飛機(jī)重心位置前后移動(dòng)對(duì)操縱性的影響和重心的前后極限位置俯仰穩(wěn)定性增強(qiáng)，改變相同迎角，Mz操大，桿力、桿位移均增大，操縱沉重。

重心后移：反之，操縱輕盈。重心前移：（過(guò)于靈敏也是不允許的）飛機(jī)重心位置前后移動(dòng)