1、 飞机在空中的运动，总可分解成飞机重心的移动和飞飞机在空中的运动，总可分解成飞机重心的移动和飞机各部分绕重心的转动。前者取决于力，后者取决于力矩。机各部分绕重心的转动。前者取决于力，后者取决于力矩。 飞行员在空中操纵飞机，靠得就是飞行员在空中操纵飞机，靠得就是“一杆两舵外加油门一杆两舵外加油门”，用来改变作用在飞机上的力和力矩，以保持或改变飞机重心的用来改变作用在飞机上的力和力矩，以保持或改变飞机重心的移动速度和飞机绕重心的转动角速度。移动速度和飞机绕重心的转动角速度。 飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机在力和力矩飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变的
2、基本原理。的作用下，飞机状态的保持和改变的基本原理。本章主要内容本章主要内容4.1 飞机的平衡飞机的平衡4.2 飞机的稳定性飞机的稳定性4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性一、一、 飞机的平衡飞机的平衡什么是飞机的平衡什么是飞机的平衡 作用在飞机上的合力与合力矩均等于零的飞行状作用在飞机上的合力与合力矩均等于零的飞行状态称为平衡状态。态称为平衡状态。 飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两个方面。飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两个方面。本节只分析各力矩的平衡。本节只分析各力矩的平衡。 为了研究问题方便，我们用机体轴系研究飞机的为了研究问题方便，我们用机体轴系研究飞机的力矩平衡。力矩平衡。（一）、
3、（一）、 飞机的坐标轴和重心飞机的坐标轴和重心为了确定飞机的姿态、运动轨迹、气动力和气动力矩为了确定飞机的姿态、运动轨迹、气动力和气动力矩的方向，必须建立坐标轴系。的方向，必须建立坐标轴系。（三）（三） 气流轴系气流轴系（二）（二） 机体轴系机体轴系（一）（一） 地面轴系地面轴系坐标轴系坐标轴系1 1、飞机的坐标轴、飞机的坐标轴向前为正向前为正向右为正向右为正向上为正向上为正机体轴系机体轴系以飞机机体为基准以飞机机体为基准, ,通过飞机重心的三条通过飞机重心的三条互相垂直的坐标轴。互相垂直的坐标轴。横轴横轴纵轴纵轴立轴立轴俯仰俯仰滚转滚转偏转偏转机体轴及对应转动机体轴及对应转动注：角速度和力矩
4、均按右手螺旋法则判定正负注：角速度和力矩均按右手螺旋法则判定正负x x、x x、m mx x 绕纵（绕纵（oxox）轴滚转的滚转角速度、滚转力）轴滚转的滚转角速度、滚转力矩和滚转力矩系数矩和滚转力矩系数 ，飞机向右滚，飞机向右滚转为正，向左滚转为负；转为正，向左滚转为负； y y、y y、m my y 绕立（绕立（oyoy）轴偏转的偏转角速度、偏转力矩和）轴偏转的偏转角速度、偏转力矩和偏转力矩系数偏转力矩系数 ，机头向左偏转，机头向左偏转为正，向右偏转为负；为正，向右偏转为负； z z、z z、m mz z 绕横（绕横（ozoz）轴转动的俯仰角速度、俯仰力矩和）轴转动的俯仰角速度、俯仰力矩和俯
5、仰力矩系数俯仰力矩系数 ，机头向，机头向上为正，下俯为负；上为正，下俯为负；qslMmyyqslMmxxAzzqsbMmq:q:动压动压 L:L:翼展翼展b bA A: :平均空气动力弦平均空气动力弦根据机体轴系和地面轴系的关系，可以确定飞机的俯仰角和坡度。根据机体轴系和地面轴系的关系，可以确定飞机的俯仰角和坡度。俯仰角：机体纵轴与水平面之间的夹角俯仰角：机体纵轴与水平面之间的夹角为正为负坡度：飞机对称面与机体纵轴所在铅垂面之间的夹角。坡度：飞机对称面与机体纵轴所在铅垂面之间的夹角。右坡度为正右坡度为正 左坡度为负左坡度为负2、重心、重心（Center of Gravity） 飞机各部件、燃料
6、、乘员、货物等重力的合力，叫飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。W(G)重心重心(CG)重心位置的表示重心位置的表示 重心的前后位置，常用重心在某一特定翼重心的前后位置，常用重心在某一特定翼弦上的投影到该翼弦前端的距离占该翼弦的百弦上的投影到该翼弦前端的距离占该翼弦的百分比来表示。分比来表示。这一特定翼弦，就是这一特定翼弦，就是平均空气动力弦平均空气动力弦b bA A（MACMAC）或者或者标准平均弦标准平均弦b b平均平均（SMCSMC）。）。假想的矩型翼假想的矩型翼平均空气动力弦平均空气动力弦原梯形
7、翼原梯形翼bA其面积、空气动力其面积、空气动力及俯仰力矩等特性及俯仰力矩等特性与原机翼相同与原机翼相同* * 与与b b平均平均的区别的区别平均空气动力弦（平均空气动力弦（MAC） * * 与与b b平均平均的区别的区别bA重心重心XGxGbA100%CG=重心位置的表示重心位置的表示(X(XG G) )（二）、飞机的平衡（力矩平衡）（二）、飞机的平衡（力矩平衡） 相对横轴相对横轴(OZ轴轴)俯仰平衡俯仰平衡 相对立轴相对立轴(OY轴轴)方向平衡方向平衡 相对纵轴相对纵轴(OX轴轴)横侧平衡横侧平衡1 1、飞机的俯仰平衡、飞机的俯仰平衡 飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯飞机的俯仰平衡是指作用
8、于飞机的各俯仰力矩之和为零，仰力矩之和为零， ，飞机取得俯仰，飞机取得俯仰平衡后，不绕横轴转动，迎角不变。平衡后，不绕横轴转动，迎角不变。 0ZM俯仰力矩主要有俯仰力矩主要有: 机翼产生的俯仰力矩机翼产生的俯仰力矩水平尾翼产生的俯仰力矩水平尾翼产生的俯仰力矩拉力（或推力）产生的俯仰力矩拉力（或推力）产生的俯仰力矩L尾尾重心重心L翼翼2、 飞机的方向平衡飞机的方向平衡 飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩之和为零，之和为零， ,侧滑角不变侧滑角不变或侧滑角为零。或侧滑角为零。0yM侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。侧滑是指相对气流方向与
9、飞机对称面不一致的飞行状态。 飞机有侧滑必产生侧力飞机有侧滑必产生侧力飞机无侧滑但方向舵不中立飞机无侧滑但方向舵不中立, ,垂直尾翼会产生侧力垂直尾翼会产生侧力偏转力矩主要有偏转力矩主要有: 两翼阻力对重心产生的偏转力矩两翼阻力对重心产生的偏转力矩 垂尾侧力对重心产生的偏转力矩垂尾侧力对重心产生的偏转力矩 双发或多发飞机拉力产生的偏转力矩双发或多发飞机拉力产生的偏转力矩3、飞机的横侧平衡、飞机的横侧平衡 飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和为零，之和为零， , 坡度不变坡度不变。0 xM滚转力矩主要有滚转力矩主要有: 两翼升力对重心产生的滚转力矩
10、两翼升力对重心产生的滚转力矩螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩4、 影响飞机平衡的主要因素影响飞机平衡的主要因素 加减油门加减油门 收放襟翼收放襟翼 收放起落架收放起落架 重心变化重心变化 影响俯仰平衡的主要因素影响俯仰平衡的主要因素加减油门加减油门 加减油门不仅加减油门不仅直接影响拉力或直接影响拉力或推力力矩的大小，推力力矩的大小，还会影响到机翼还会影响到机翼和尾翼力矩的大和尾翼力矩的大小。小。 0ZM减油门减油门加油门加油门设定：设定：拉力线在重心之下拉力线在重心之下襟翼收放襟翼收放 放襟翼放襟翼机翼升力增大，同时升力作用点（压力中心）机翼升力增大，同
11、时升力作用点（压力中心）后移，下俯力矩增加；另一方面，放襟翼使下洗增大，后移，下俯力矩增加；另一方面，放襟翼使下洗增大，平尾负升力增大，抬头力矩变大。平尾负升力增大，抬头力矩变大。飞机是抬头还是低头飞机是抬头还是低头? ?起落架收放起落架收放 一方面导致飞机重心移动；另一方面，起落架附加一方面导致飞机重心移动；另一方面，起落架附加阻力变化会引起俯仰力矩变化。阻力变化会引起俯仰力矩变化。重心位置变化重心位置变化 重心移动对机翼的俯仰力矩影响较大。重心移动对机翼的俯仰力矩影响较大。飞行中，人员、飞行中，人员、货物的移动，燃料的消耗都可能引起飞机重心的前后变动。货物的移动，燃料的消耗都可能引起飞机重
12、心的前后变动。重心前移，下俯力矩增大，飞机下俯。重心前移，下俯力矩增大，飞机下俯。俯仰平衡俯仰平衡重心前移重心前移保持俯仰平衡的主要方法保持俯仰平衡的主要方法 飞行员可利用飞行员可利用偏转升降舵产生的偏转升降舵产生的俯仰操纵力矩来平俯仰操纵力矩来平衡俯仰力矩以保持衡俯仰力矩以保持俯仰平衡。俯仰平衡。 影响方向平衡的主要因素影响方向平衡的主要因素一边机翼变形（或两边机翼形状不一致）左、一边机翼变形（或两边机翼形状不一致）左、右两翼阻力不相等；右两翼阻力不相等；多发飞机，左、右两发拉力不相等；或一台停多发飞机，左、右两发拉力不相等；或一台停车，而产生不对称拉力或推力；车，而产生不对称拉力或推力；螺
13、旋桨发动机，油门改变时，滑流引起垂尾力螺旋桨发动机，油门改变时，滑流引起垂尾力矩的改变；矩的改变；飞机的方向平衡受到破坏时，最有效的方法是飞机的方向平衡受到破坏时，最有效的方法是适当地蹬舵，利用偏转方向舵的操纵力矩来保持飞适当地蹬舵，利用偏转方向舵的操纵力矩来保持飞机的方向平衡。机的方向平衡。 左发停车，左发停车，右发拉力形成右发拉力形成左偏力矩；蹬左偏力矩；蹬右舵修正。右舵修正。 影响飞机横侧平衡的因素影响飞机横侧平衡的因素一边机翼变形（或两边机翼形状不一致）左、右一边机翼变形（或两边机翼形状不一致）左、右两翼升力不相等；两翼升力不相等；螺旋桨发动机，油门改变时，螺旋桨的反作用力螺旋桨发动机
14、，油门改变时，螺旋桨的反作用力矩随之改变；矩随之改变；重心左右移动，两翼升力作用点至重心的力臂改重心左右移动，两翼升力作用点至重心的力臂改变，形成滚转力矩。变，形成滚转力矩。 飞机的飞机的平衡受到破坏时，最有效的方法是适当地平衡受到破坏时，最有效的方法是适当地用盘或杆，利用偏转副翼的横侧操纵力矩来平衡飞机用盘或杆，利用偏转副翼的横侧操纵力矩来平衡飞机的滚转力矩，以保持飞机的横侧平衡。的滚转力矩，以保持飞机的横侧平衡。32重心左移重心左移，形成左滚力矩，要保持横侧平衡，飞行员要，形成左滚力矩，要保持横侧平衡，飞行员要向右压杆向右压杆。本章主要内容本章主要内容4.1 飞机的平衡飞机的平衡4.2 飞
15、机的稳定性飞机的稳定性4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性（安定性）（安定性）（一）、（一）、 稳定性概念及条件稳定性概念及条件在平衡的基础上研究。在平衡的基础上研究。（一）、（一）、 稳定性概念及条件稳定性概念及条件 一旦摆锤偏离原平衡状态，重力分一旦摆锤偏离原平衡状态，重力分力形成的力矩力形成的力矩使摆锤回到原平衡位使摆锤回到原平衡位置。此外，摆锤在摆动过程中还受到空置。此外，摆锤在摆动过程中还受到空气阻力形成的力矩作用。气阻力形成的力矩作用。 单摆的稳定性单摆的稳定性 下垂的单摆是稳定的，因为其受到下垂的单摆是稳定的，因为其受到稳定力矩和阻尼力矩的共同作用。稳定力矩和阻尼力矩的共同作用。阻尼
16、力矩阻尼力矩原平衡状态原平衡状态稳定力矩稳定力矩阻尼力矩阻尼力矩原平衡状态原平衡状态稳定力矩稳定力矩 单摆在这两个力矩的共同作用下，单摆在这两个力矩的共同作用下，最终回到原平衡状态。最终回到原平衡状态。 倒立单摆的稳定性倒立单摆的稳定性倒立的单摆不具备倒立的单摆不具备稳定稳定力矩，因此是不稳定的。力矩，因此是不稳定的。原平衡状态原平衡状态不稳定力矩不稳定力矩静稳定性与动稳定性静稳定性与动稳定性 受扰后出现稳定力矩，具有回到原平衡状态的趋势，受扰后出现稳定力矩，具有回到原平衡状态的趋势，称为物体是静稳定的。称为物体是静稳定的。静稳定性静稳定性研究物体受扰后的研究物体受扰后的最初最初响应响应问题。
17、问题。正的静稳定性正的静稳定性中立静稳定性中立静稳定性负的静稳定性负的静稳定性静稳定静稳定静不稳定静不稳定中立稳定中立稳定 扰动运动过程扰动运动过程中出现阻尼力矩，中出现阻尼力矩，最终使物体回到原最终使物体回到原平衡状态，称物体平衡状态，称物体是动稳定的。是动稳定的。动稳动稳定性定性研究物体受扰研究物体受扰运动的时间运动的时间响应历响应历程程问题。问题。振幅振幅正的动稳定性（稳定）正的动稳定性（稳定）中立动稳定性中立动稳定性负的动稳定性（不稳定）负的动稳定性（不稳定）静稳定性与动稳定性静稳定性与动稳定性 衡量动稳定性好坏的参数：衡量动稳定性好坏的参数：1 1、半衰期、半衰期t t1/21/2
18、（或倍（或倍幅时间幅时间t t2 2）t tt t1/21/2t t2 2 模态运动参数变化到初始值的模态运动参数变化到初始值的一半（模态收敛）或初始值的二倍一半（模态收敛）或初始值的二倍（模态发散）所需的时间。（模态发散）所需的时间。2 2、摆动周期（、摆动周期（T T）3 3、半衰期（倍增期）、半衰期（倍增期）内振荡次数内振荡次数N N1/21/2（N N2 2） 对于振荡模态，周期表示对于振荡模态，周期表示振荡一周所需的时间。振荡一周所需的时间。飞机稳定性的定义飞机稳定性的定义 飞机的稳定性是指：飞机受到小扰动（包括阵风扰飞机的稳定性是指：飞机受到小扰动（包括阵风扰动和操纵扰动）后，偏离
19、原平衡状态，在扰动消失后，动和操纵扰动）后，偏离原平衡状态，在扰动消失后，飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状态飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状态（包括最初响应（包括最初响应静稳定性问题，和最终响应静稳定性问题，和最终响应动稳动稳定性问题）的特性。定性问题）的特性。飞机具有稳定性的条件：飞机具有稳定性的条件：必须有必须有 M M稳稳、M M阻阻 共同作用，缺一不可。共同作用，缺一不可。飞机的稳定性飞机的稳定性俯仰稳定性俯仰稳定性方向稳定性方向稳定性横侧稳定性横侧稳定性飞机稳定性的定义飞机稳定性的定义飞机的稳定性分为：飞机的稳定性分为： 飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微飞
20、机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至迎角变化时，在扰动消失后，飞机自动小扰动以至迎角变化时，在扰动消失后，飞机自动恢复原迎角态的特性。恢复原迎角态的特性。（二）、飞机的俯仰稳定性（二）、飞机的俯仰稳定性什么是俯仰稳定性什么是俯仰稳定性瞬间受扰瞬间受扰机头上抬机头上抬飞机附飞机附加升力加升力俯仰稳俯仰稳定力矩定力矩1 1、俯仰稳定力矩的产生、俯仰稳定力矩的产生焦点焦点重心重心飞机具有俯仰静稳定性的关键是：飞机具有俯仰静稳定性的关键是：（主要是水平尾翼的作用）（主要是水平尾翼的作用）焦点：迎角变化时飞机附加升力的着力点。焦点：迎角变化时飞机附加升力的着力点。飞机焦点在重心之后。飞机焦点
21、在重心之后。（气动中心）（气动中心）焦点与压力中心焦点与压力中心迎角增加，压力中心迎角增加，压力中心向前移动向前移动机翼升力对机翼升力对焦焦点点的下俯力矩恒定的下俯力矩恒定焦点焦点迎角变化，压力中心移动，迎角变化，压力中心移动， 低速飞行焦点位置通常在低速飞行焦点位置通常在25%b25%bA A处处迎角变化，焦点不动迎角变化，焦点不动（低速范围且迎角小于（低速范围且迎角小于抖动迎角）。抖动迎角）。焦点与俯仰稳定力矩焦点与俯仰稳定力矩 只有焦点的位置在飞机的重心之后飞机才具有俯只有焦点的位置在飞机的重心之后飞机才具有俯仰稳定性，焦点距离重心越远，俯仰稳定性越强。仰稳定性，焦点距离重心越远，俯仰稳
22、定性越强。2 2、俯仰阻尼力矩的产生、俯仰阻尼力矩的产生俯仰阻尼力矩主要由平尾产生俯仰阻尼力矩主要由平尾产生转转动动方方向向相相对对气气流流平尾附加升力平尾附加升力俯仰阻尼力矩俯仰阻尼力矩飞机转动方向飞机转动方向重心重心zVVVVY尾尾2 2、俯仰阻尼力矩的产生、俯仰阻尼力矩的产生重心前，局部迎角减小，附加升力向下重心前，局部迎角减小，附加升力向下重心后，局部迎角增加，附加升力向上重心后，局部迎角增加，附加升力向上对重心形成下俯阻尼力矩对重心形成下俯阻尼力矩机头上仰机头上仰Mz=mz12 v2 s bAmzm mz z综合表达了飞机迎角、重心位置、升降舵偏角等对俯仰力矩的影响。综合表达了飞机迎
23、角、重心位置、升降舵偏角等对俯仰力矩的影响。3 3、俯仰稳定性的判别、俯仰稳定性的判别 俯仰力矩系数曲线的斜率也称为迎角静稳定俯仰力矩系数曲线的斜率也称为迎角静稳定度或纵向静稳定度，它表示迎角每变化度或纵向静稳定度，它表示迎角每变化1 1度时俯仰度时俯仰力矩系数的变化量，它的表达式为：力矩系数的变化量，它的表达式为：ZZmm抬头低头mz0, ,飞机不具有静稳定性飞机不具有静稳定性 mz=0，飞机中立静稳定，飞机中立静稳定3 3、俯仰稳定性的判别、俯仰稳定性的判别m mz z m mz zCyCyCyCy.=迎角稳定度又常用迎角稳定度又常用 表示表示m mz zC Cy ymzCy0, ,飞机不
24、具有静稳定性飞机不具有静稳定性 mzCy=0，飞机中立静稳定，飞机中立静稳定俯仰力矩系数曲线俯仰力矩系数曲线重心重心焦点焦点迎角静稳定度迎角静稳定度m mz z或或 m mz zC Cy y为负值为负值的关键是：的关键是：飞机焦点在重心之后飞机焦点在重心之后3 3、俯仰稳定性的判别、俯仰稳定性的判别mz mzCy=- -Cy(XF-XG)= - -(XF-XG)俯仰稳定力矩在曲线飞行中的作用俯仰稳定力矩在曲线飞行中的作用“机头追气流机头追气流”现象现象 飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至方向平衡遭到破坏动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消
25、失后，飞机自动恢复原平衡状态的特性。在扰动消失后，飞机自动恢复原平衡状态的特性。（三）、飞机的方向稳定性（三）、飞机的方向稳定性什么是方向稳定性什么是方向稳定性侧滑的概念侧滑的概念侧滑：相对气流方向与飞机对称面侧滑：相对气流方向与飞机对称面 不一致的飞行。不一致的飞行。侧滑角（侧滑角（）：相对气流方向与飞）：相对气流方向与飞 机对称面之间的夹角。机对称面之间的夹角。右侧滑（为正）右侧滑（为正） 左侧滑（为负）左侧滑（为负）内侧滑内侧滑 外侧滑外侧滑 侧滑前翼侧滑前翼 侧滑后翼侧滑后翼侧力公式及影响因素侧力公式及影响因素2 2、CzCz : :侧力系数，通过实验求出的无因次数值，它的大侧力系数，
26、通过实验求出的无因次数值，它的大小小 综合表达了综合表达了、机身和垂尾形状等因素对侧力的影响。、机身和垂尾形状等因素对侧力的影响。 Z=Z=CzCz V V2 2 S S1 12 2右侧滑右侧滑左侧滑左侧滑右侧力右侧力左侧力左侧力1 1、侧力公式、侧力公式侧力系数曲线侧力系数曲线方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。1 1、主要方向稳定力矩的产生、主要方向稳定力矩的产生 机身，以及背鳍和腹鳍也可以产生方向稳定力矩。机身，以及背鳍和腹鳍也可以产生方向稳定力矩。产生条件：有侧滑产生条件：有侧滑原因：侧滑中主要原因：侧滑中主要由垂尾侧力产生由
27、垂尾侧力产生（使飞机侧力的着（使飞机侧力的着力点在重心之后）力点在重心之后）作用：力图消除侧滑作用：力图消除侧滑飞机侧力飞机侧力横轴横轴后掠角后掠角 上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。2 2、其他方向稳定力矩的产生、其他方向稳定力矩的产生上反角上反角机身机身四分之一翼弦连线四分之一翼弦连线方向稳定力矩在曲线飞行中的作用方向稳定力矩在曲线飞行中的作用“机头追气流机头追气流”现象现象3 3、方向阻尼力矩的产生、方向阻尼力矩的产生方向阻尼力矩主要由垂尾产生。方向阻尼力矩主要由垂尾产生。转动引起的附转动引起的附加气流速度加气流速度方
28、向阻尼力矩方向阻尼力矩作用：阻止飞机绕立轴偏转作用：阻止飞机绕立轴偏转条件：飞机绕立轴偏转条件：飞机绕立轴偏转原因：垂尾处相对气流方原因：垂尾处相对气流方向变化向变化 垂尾处侧滑角垂尾处侧滑角变化变化 产生附加产生附加Z 对重心形成对重心形成My阻阻4 4、方向稳定性与侧滑角、方向稳定性与侧滑角 飞机的方向稳定性只能保持侧滑角，而不能保持飞飞机的方向稳定性只能保持侧滑角，而不能保持飞机的航向不变，因此也称风标稳定性。机的航向不变，因此也称风标稳定性。丁字风向标丁字风向标 飞机的横侧稳定性，指的是飞行中，飞机受微小飞机的横侧稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至横侧平衡遭到破坏，在扰动消失后，
29、飞机自扰动以至横侧平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。动趋向恢复原平衡状态的特性。（四）、飞机的横侧稳定性（四）、飞机的横侧稳定性什么是横侧稳定性什么是横侧稳定性1 1、横侧稳定力矩的产生、横侧稳定力矩的产生合力合力横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生。横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生。受扰受扰-机翼倾斜机翼倾斜-飞机侧滑飞机侧滑-升力升力重力重力I. 上反角产生的横侧稳定力矩上反角产生的横侧稳定力矩无侧滑时，两翼迎角相同。无侧滑时，两翼迎角相同。I. 上反角产生的横侧稳定力矩上反角产生的横侧稳定力矩上反角作用上反角作用, ,使侧滑前翼迎使
30、侧滑前翼迎角增大角增大, ,侧滑后翼迎角减小侧滑后翼迎角减小; ;横侧稳定力矩横侧稳定力矩稳定力矩稳定力矩垂尾附加侧力垂尾附加侧力横侧稳定力矩横侧稳定力矩飞机受扰飞机受扰左倾斜左倾斜左侧滑左侧滑II. 后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角产生的横侧稳定力矩垂直分速垂直分速不断不断改变，对压力分布改变，对压力分布起决定性影响，称起决定性影响，称为为有效速度有效速度平行分速不发平行分速不发生变化，对压力分生变化，对压力分布没有影响布没有影响V=V=V Vn n= =VcosVcosV Vt t= =VsinVsinVnVnVtVVII. 后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角产生的横侧稳定力矩飞机受扰飞机受扰左
31、倾斜左倾斜左侧滑左侧滑VVnVtVnVt 侧滑前翼的有效分速大，侧滑前翼的有效分速大，侧滑侧滑后翼的有效分速小后翼的有效分速小; ;横侧稳定力矩横侧稳定力矩稳定力矩稳定力矩II. 后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角产生的横侧稳定力矩飞机受扰飞机受扰左倾斜左倾斜左侧滑左侧滑 其他横侧稳定力矩的产生其他横侧稳定力矩的产生 机翼上下位置不同对飞机的横侧稳定性也有影响。机翼上下位置不同对飞机的横侧稳定性也有影响。上单翼飞机横侧稳定性强上单翼飞机横侧稳定性强下单翼飞机横侧稳定性弱下单翼飞机横侧稳定性弱机翼上下位置的影响机翼上下位置的影响 在飞机的设计中，为取得合适的横侧稳定性，往往采在飞机的设计中，为取得合
32、适的横侧稳定性，往往采用这几种机翼构型的组合。下图为上单下反后掠布局。用这几种机翼构型的组合。下图为上单下反后掠布局。上单下反后掠布局上单下反后掠布局美国美国 C C产生条件：有侧滑产生条件：有侧滑作用：力图使飞机向侧滑的作用：力图使飞机向侧滑的反方向滚转反方向滚转原因：侧滑中主要由上反角（低速飞机）原因：侧滑中主要由上反角（低速飞机）和后掠角（高速飞机）产生和后掠角（高速飞机）产生横侧稳定力矩横侧稳定力矩2 2、横侧阻尼力矩的产生、横侧阻尼力矩的产生飞机的横侧阻尼力矩主要由机翼产生。飞机的横侧阻尼力矩主要由机翼产生。 飞机在受扰后的转动过程中，由于机翼存在附加飞机在受扰后的转动过程中，由于机
33、翼存在附加上、下气流分量，使上、下气流分量，使两翼迎角不等两翼迎角不等，从而导致两翼升，从而导致两翼升力不等，这一力矩对飞机转动起阻碍作用。力不等，这一力矩对飞机转动起阻碍作用。滚转方向滚转方向阻尼力矩方向阻尼力矩方向Y左左Y右右V V 横侧阻尼力矩横侧阻尼力矩 V左左VV V右右VV 2 2、横侧阻尼力矩的产生、横侧阻尼力矩的产生（五）、（五）、 飞机方向稳定性和横侧稳定性的关系飞机方向稳定性和横侧稳定性的关系方向稳定性方向稳定性侧向稳定性侧向稳定性M M X X阻阻M M X X稳稳侧滑侧滑侧滑侧滑 两个稳定力矩都与侧滑有关：两个稳定力矩都与侧滑有关：有侧滑，有这两个力矩；无侧滑，无这两个
34、力矩。有侧滑，有这两个力矩；无侧滑，无这两个力矩。* * MyMy阻阻MyMy稳稳（航向）（航向）横侧稳定性横侧稳定性（横向）（横向）飞机有侧向稳定性，不仅要有：飞机有侧向稳定性，不仅要有： 若若横侧稳定性过强，方向稳定性过横侧稳定性过强，方向稳定性过弱弱飘摆（荷兰滚）飘摆（荷兰滚）横侧稳定性过弱，方向稳定性过横侧稳定性过弱，方向稳定性过强强盘旋下降（螺旋下降）盘旋下降（螺旋下降） 这四个力矩，而且要配合恰当，才能保证飞机这四个力矩，而且要配合恰当，才能保证飞机有侧向稳定性，否则，飞机将不具有侧向稳定性有侧向稳定性，否则，飞机将不具有侧向稳定性MxMx阻阻MxMx稳稳MyMy阻阻MyMy稳稳（
35、五）、（五）、 飞机方向稳定性和横侧稳定性的关系飞机方向稳定性和横侧稳定性的关系飘摆飘摆 飞机受扰左倾斜飞机受扰左倾斜左侧滑，若横侧稳定性强左侧滑，若横侧稳定性强飞机迅飞机迅速改平坡度；方向稳定性弱速改平坡度；方向稳定性弱飞机左偏的速度慢，未等飞机左偏的速度慢，未等左侧滑消除，飞机又带右坡度左侧滑消除，飞机又带右坡度右侧滑。右侧滑。飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生飘摆。飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生飘摆。于是，飞机左右滚偏振荡，形成飘摆。于是，飞机左右滚偏振荡，形成飘摆。飘摆飘摆 飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有几秒，修正飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有几秒，修正
36、过程中极易造成推波助澜，加大飘摆。过程中极易造成推波助澜，加大飘摆。 正常情况下，飘摆半衰期很短，但当方向稳定性和正常情况下，飘摆半衰期很短，但当方向稳定性和横侧稳定性不协调时，易使飘摆半衰期延长甚至不稳横侧稳定性不协调时，易使飘摆半衰期延长甚至不稳定，严重危及安全。定，严重危及安全。 大型运输机在高空和低速飞行时由于稳定性发生变大型运输机在高空和低速飞行时由于稳定性发生变化易发生飘摆。因此广泛使用飘摆阻尼器。化易发生飘摆。因此广泛使用飘摆阻尼器。螺旋螺旋(盘降盘降)不稳定不稳定 飞机受扰左倾斜飞机受扰左倾斜左侧滑，若横侧稳定性弱左侧滑，若横侧稳定性弱飞机飞机改平坡度慢；方向稳定性强改平坡度慢
37、；方向稳定性强飞机左偏的速度快飞机左偏的速度快 快快速左偏导致右翼升力大速左偏导致右翼升力大 飞机飞机难于改平左坡度。飞机飞机难于改平左坡度。最终导致飞机进入缓慢的盘旋下降过程，称螺旋不稳最终导致飞机进入缓慢的盘旋下降过程，称螺旋不稳定。定。 螺旋不稳定的周期较大，对飞行安全不构成威胁，螺旋不稳定的周期较大，对飞行安全不构成威胁，飞机设计中允许出现轻度的螺旋不稳定。飞机设计中允许出现轻度的螺旋不稳定。 飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，易产生螺旋飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，易产生螺旋不稳定。不稳定。 无论是飞机偏转力矩随侧滑角变化的曲线，还是飞无论是飞机偏转力矩随侧滑角变化的曲线
38、，还是飞机滚转力矩随侧滑角变化的曲线，当曲线斜率为负时机滚转力矩随侧滑角变化的曲线，当曲线斜率为负时（六）、力矩系数曲线（六）、力矩系数曲线左偏左偏右偏右偏右侧滑右侧滑稳定稳定不稳定不稳定左滚左滚右滚右滚右侧滑右侧滑不稳定不稳定稳定稳定m my ym mx x左侧滑左侧滑左侧滑左侧滑0ym（），才能具有稳定性。（），才能具有稳定性。1 1、重心的位置重心的位置2 2、速度、速度速度增大，稳定性越强（稳定力矩和阻尼力矩增大）。速度增大，稳定性越强（稳定力矩和阻尼力矩增大）。4 4、大迎角飞行大迎角飞行（七）、影响飞机稳定性的因素（七）、影响飞机稳定性的因素3 3、高度变化高度变化高度增高，稳定性
39、减弱（稳定力矩和阻尼力矩减小）。高度增高，稳定性减弱（稳定力矩和阻尼力矩减小）。重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性增强。重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性增强。重心位置靠前，飞机的方向稳定性有所增加，但不明显。重心位置靠前，飞机的方向稳定性有所增加，但不明显。重心位置前后移动，对横侧稳定性无影响。重心位置前后移动，对横侧稳定性无影响。重心重心焦点焦点1 1、重心的位置、重心的位置、后掠翼飞机，、后掠翼飞机，俯仰稳定性变弱，甚至可能不稳定。俯仰稳定性变弱，甚至可能不稳定。4 4、大迎角飞行、大迎角飞行大迎角下自动上仰4 4、大迎角飞行、大迎角飞行、大迎角飞、大迎角飞行时方向稳定行时方向稳定性一般随性一般
40、随增增大而有所减弱，大而有所减弱，过大，某些过大，某些飞机可能会失飞机可能会失去方向稳定性。去方向稳定性。方向自转方向自转丧失方向静稳定性丧失方向静稳定性方向自转方向自转丧失方向静稳定性丧失方向静稳定性86、大迎角飞行时横侧稳定力矩随、大迎角飞行时横侧稳定力矩随增大而有所增大增大而有所增大4 4、大迎角飞行、大迎角飞行 飞机受扰右滚，右翼下沉，飞机受扰右滚，右翼下沉，迎角增大，左翼上扬，迎角迎角增大，左翼上扬，迎角减小。若迎角大于临界迎角，减小。若迎角大于临界迎角，会导致迎角大，升力反而小，会导致迎角大，升力反而小，迎角小，升力反而大，从而迎角小，升力反而大，从而导致横侧阻尼力矩方向改变，导致
41、横侧阻尼力矩方向改变，飞机继续右滚，出现飞机继续右滚，出现机翼自机翼自转现象转现象。4 4、大迎角飞行、大迎角飞行ijij 飞机可能失飞机可能失去横侧稳定性去横侧稳定性ijij 飞机仍有横侧稳定力矩飞机仍有横侧稳定力矩本章主要内容本章主要内容4.1 飞机的平衡飞机的平衡4.2 飞机的稳定性飞机的稳定性4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性（安定性）（安定性）三、三、 飞机的操纵性飞机的操纵性操纵性的定义：操纵性的定义： 飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵升降舵、方向飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵升降舵、方向舵和副翼改变其飞行状态的特性。舵和副翼改变其飞行状态的特性。俯仰操纵性俯仰操纵性方向操纵性方向
42、操纵性横侧操纵性横侧操纵性主操纵系统主操纵系统改变、保持飞行状态改变、保持飞行状态 对副翼、升降舵、方向舵操纵对副翼、升降舵、方向舵操纵辅助操纵系统辅助操纵系统改善性能、减小或消除操纵力改善性能、减小或消除操纵力 调整片、襟翼、缝翼、扰流板操纵调整片、襟翼、缝翼、扰流板操纵飞行操纵系统飞行操纵系统主操纵系统型式无助力式：中小型飞机（钢索软式传动、传动杆硬式传动）液压助力式：大型飞机，结合计算机实施电传式：计算机给助力器发指令，自动化高电传式：计算机给助力器发指令，自动化高但受电磁环境干扰（但受电磁环境干扰（A320 330 340 A320 330 340 等）等）主操纵系统型式主操纵系统型式
43、无助力式无助力式：中小型飞机（钢索软式传动、传：中小型飞机（钢索软式传动、传动杆硬式传动）动杆硬式传动）液压助力式：大型飞机，结合计算机实施液压助力式：大型飞机，结合计算机实施飞行员操纵杆、舵后，重新稳定下来，各力矩取得新飞行员操纵杆、舵后，重新稳定下来，各力矩取得新的平衡时，杆、舵操纵与飞行状态之间的关系。包括的平衡时，杆、舵操纵与飞行状态之间的关系。包括杆舵行程，施加于杆、舵上的力等变化规律。杆舵行程，施加于杆、舵上的力等变化规律。从飞行员操纵杆、舵开始到达稳态为止，这一过渡从飞行员操纵杆、舵开始到达稳态为止，这一过渡过程的时间长短与特性。即飞机对飞行员操纵杆舵过程的时间长短与特性。即飞机
44、对飞行员操纵杆舵的反应快慢与反应情况的规律。的反应快慢与反应情况的规律。静操纵性静操纵性：动操纵性动操纵性：操纵动作简单、省力、飞机反应快，操纵性是好的。操纵动作简单、省力、飞机反应快，操纵性是好的。 反之，操纵动作复杂、笨重、飞机反应慢，操纵性是不好的。反之，操纵动作复杂、笨重、飞机反应慢，操纵性是不好的。 操纵杆、舵的力和行程，不能太大也不能太小，太大，操纵操纵杆、舵的力和行程，不能太大也不能太小，太大，操纵费力，飞行员易疲劳；太小，不易准确地感觉操纵量。费力，飞行员易疲劳；太小，不易准确地感觉操纵量。 飞行员操纵杆、舵后，飞机反应快慢要适当，即不可飞行员操纵杆、舵后，飞机反应快慢要适当，
45、即不可迟钝，也不能过于灵敏。迟钝，也不能过于灵敏。（一）、飞机的俯仰操纵性（一）、飞机的俯仰操纵性 飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶杆偏转升飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶杆偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态的特性。的特性。拉一定杆拉一定杆升降舵上偏升降舵上偏附加向下升力附加向下升力1 1、直线飞行中改变迎角的基本原理、直线飞行中改变迎角的基本原理1 1、直线飞行中改变迎角的基本原理、直线飞行中改变迎角的基本原理 在直线飞行中，若飞行员向后拉一点杆，升降舵就向上偏转一个角度，在直线飞行中，若飞行员向后拉一点杆，升降舵就向上偏转一个
46、角度，于是水平尾翼上产生向下的附加升力，对飞机重心形成俯仰操纵力矩，迫于是水平尾翼上产生向下的附加升力，对飞机重心形成俯仰操纵力矩，迫使机头上仰，迎角增大。引起飞机产生向上的附加升力，其着力点是飞机使机头上仰，迎角增大。引起飞机产生向上的附加升力，其着力点是飞机的焦点；飞机的附加升力和它所形成的稳定力矩也逐渐增大；当迎角增大的焦点；飞机的附加升力和它所形成的稳定力矩也逐渐增大；当迎角增大到一定程度时，稳定力矩与操纵力矩相等，飞机俯仰力矩重新取得平衡，到一定程度时，稳定力矩与操纵力矩相等，飞机俯仰力矩重新取得平衡，飞机停止转动，并保持较大迎角飞行。飞机停止转动，并保持较大迎角飞行。俯仰操纵力矩俯
47、仰操纵力矩 = = 俯仰稳定力矩俯仰稳定力矩 M M Z Z 操操 = = M M Z Z 稳稳如果飞行员再向后拉一点杆，增大一些上仰操如果飞行员再向后拉一点杆，增大一些上仰操纵力矩，迎角就会再增大一点，下俯的稳定力矩也纵力矩，迎角就会再增大一点，下俯的稳定力矩也相应增大一些，直至重新平衡，飞机就保持更大的相应增大一些，直至重新平衡，飞机就保持更大的迎角飞行。相反，飞行员向前推一点杆，飞机就会迎角飞行。相反，飞行员向前推一点杆，飞机就会保持较小的迎角飞行。保持较小的迎角飞行。结论：结论： 直线飞行中，每一个杆的前后位置，都对直线飞行中，每一个杆的前后位置，都对应一个固定的迎角。杆位越靠后，对应
48、的迎应一个固定的迎角。杆位越靠后，对应的迎角也越大。角也越大。2 2、曲线飞行中改变迎角的基本原理、曲线飞行中改变迎角的基本原理 曲线飞行与直线飞行比较，增加相同的迎角，曲线飞行与直线飞行比较，增加相同的迎角，飞行员需多拉杆，其增加的升降舵偏角所产生的飞行员需多拉杆，其增加的升降舵偏角所产生的纵向操纵力矩用来克服俯仰阻尼力矩。纵向操纵力矩用来克服俯仰阻尼力矩。 飞机做曲线飞行，速度方向不断变化，具有俯仰稳定性的飞飞机做曲线飞行，速度方向不断变化，具有俯仰稳定性的飞机，要保持迎角不变，机头势必不断地绕横轴做上仰转动，此时，机，要保持迎角不变，机头势必不断地绕横轴做上仰转动，此时，由升降舵产生的操
49、纵力矩，不仅要克服由于迎角增大而产生的稳定由升降舵产生的操纵力矩，不仅要克服由于迎角增大而产生的稳定力矩，而且还要克服由于飞机绕横轴转动所产生的阻尼力矩。力矩，而且还要克服由于飞机绕横轴转动所产生的阻尼力矩。 当转动角速度一定时，飞机的俯仰力矩的平衡关系是：当转动角速度一定时，飞机的俯仰力矩的平衡关系是：俯仰操纵力矩俯仰操纵力矩= =俯仰稳定力矩俯仰稳定力矩+ +俯仰阻尼力矩俯仰阻尼力矩 飞行员操纵驾驶杆，要施加一定的力，这个力简飞行员操纵驾驶杆，要施加一定的力，这个力简称为杆力。称为杆力。3 3、驾驶杆力、驾驶杆力I. 杆力的产生和影响因素杆力的产生和影响因素 飞行员向后拉杆，升降舵向上偏一个角度（飞行员向后拉杆，升降舵向上偏一个角度（zz）时，升降舵上产）时，升降舵上产生一个向下的空气动力（生一个向下的空气动力（Y Yz z）对飞机重心形成上仰操纵力矩，同时）对飞机重心形成上仰操纵力矩，同时对升降舵铰链对升降舵铰链( (枢轴枢轴) )形成一个力矩（叫铰链力矩），这个力矩迫使升降形成一个力矩（叫铰链力矩），这个力矩迫使升降舵和杆返回中立位置，为保持升降舵偏角不变，亦即保持杆位置不变，舵和杆返回中立位置，为保持升降舵偏角不变，亦即保持杆位置不变，飞行员必须用一定的力（飞行员必须用一定的力（FsFs）拉杆，以平衡铰链力矩的作用。）拉杆，以平衡铰链力矩的作用。施加给驾驶杆的力称驾驶杆
