1、飞机的静稳定性与操纵性飞机的静稳定性与操纵性飞机的动稳定性飞机的动稳定性第四章第四章 飞机飞行状态的变化，归根到底，都是飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩力和力矩作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变的基本原理。的基本原理。2本章主要内容本章主要内容1、飞机的平衡、飞机的平衡2 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性3 3、飞机的操纵性、飞机的操纵性3 飞机的平衡飞机的平衡飞机的重量与重心飞机的重量与重心 飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫飞机各部
2、件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫飞机的飞机的重力重力。飞机重力的着力点叫做。飞机重力的着力点叫做飞机重心飞机重心。5重心重心CG 飞机在空中的运动，总可分解成飞机飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机各部分随飞机重心一起的移动重心一起的移动和和飞机各部分绕重心的转动飞机各部分绕重心的转动。飞机的重量与重心飞机的重量与重心6重心位置的表示重心位置的表示X重重CMCA%100MCAGGbXX 飞机飞机重心所在的位置重心所在的位置( (左右对称、前后位置左右对称、前后位置) )，常用重，常用重心在飞机某一特定翼弦（心在飞机某一特定翼弦（平均空气动力弦或标准平均弦平均空气动力弦或标准平均弦）
3、上的上的投影到该翼弦前端的距离投影到该翼弦前端的距离，占该翼弦长度的百分数占该翼弦长度的百分数来表示。来表示。7几何中心几何中心标准平均弦（标准平均弦（SMC）平均空气动力弦（平均空气动力弦（MAC） 重心的前后位置常重心的前后位置常用重心在用重心在MAC上的投上的投影到该翼弦前端的距影到该翼弦前端的距离，占该翼弦的百分离，占该翼弦的百分数来表示。数来表示。 标准平均弦等于机翼面积与翼展的比值。标准平均弦等于机翼面积与翼展的比值。8常用的坐标系常用的坐标系n机体坐标系机体坐标系n气流坐标系气流坐标系9飞机的平衡飞机的平衡：所有作用在飞机上的力之和等于零，：所有作用在飞机上的力之和等于零，各力绕
4、重心构成的诸力矩之和也等于零的飞行状态。各力绕重心构成的诸力矩之和也等于零的飞行状态。飞机的平衡包括飞机的平衡包括作用力平衡作用力平衡和和力矩平衡力矩平衡两个方面。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。飞机的平衡飞机的平衡 相对横轴相对横轴(OZ轴轴)俯仰平衡俯仰平衡 相对横轴相对横轴(OY轴轴)方向平衡方向平衡 相对横轴相对横轴(OX轴轴)横侧平衡横侧平衡10 飞机的平衡可以从两个方面进行分别研究飞机的平衡可以从两个方面进行分别研究n飞机的纵向平衡（或俯仰平衡）飞机的纵向平衡（或俯仰平衡）n飞机的侧向平衡飞机的侧向平衡114.1.2 飞机的俯仰平衡飞机的俯仰平衡 飞机的俯
5、仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，迎角不变。和为零，迎角不变。12CPCG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13获得俯仰平衡的条件：获得俯仰平衡的条件： 0ZM144.1.3 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之和飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩之和为零，为零，侧滑角不变侧滑角不变或侧滑角为零。或侧滑角为零。15侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一侧滑是指相对气流方向与
6、飞机对称面不一致的飞行状态。致的飞行状态。 16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17获得方向平衡的条件：获得方向平衡的条件： 0yM184.1.4 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之和飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和为零，坡度不变。为零，坡度不变。19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
7、矩螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩20获得横侧平衡的条件：获得横侧平衡的条件： 0 xM21本章主要内容本章主要内容1、飞机的平衡、飞机的平衡2 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性3 3、飞机的操纵性、飞机的操纵性22思考：什么是稳定性？思考：什么是稳定性？23稳定性概念及条件4.2.1 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
8、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。 25 物体受扰后的运动过程中，自动出物体受扰后的运动过程中，自动出现的、力图使物体最终回到原平衡状现的、力图使物体最终回到原平衡状态的、方向始终与运动方向相反的力态的、方向始终与运动方向相反的力矩，称为矩，称为阻尼力矩阻尼力矩。 物体受扰偏离原平衡状态后，物体受扰偏离原平衡状态后，出现的
9、、出现的、使物体回到原平衡状态使物体回到原平衡状态的、方向始终指向原平衡位置的力矩，的、方向始终指向原平衡位置的力矩，称为称为稳定力矩稳定力矩。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 单摆的稳定性分析单摆的稳定性分析26 倒立单摆的稳定性倒立单摆的稳定性倒立的单摆不具备这两个力矩，因此是不稳定的。倒立的单摆不具备这两个力矩，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27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，称为物体是势，称为物体
10、是静稳定静稳定的。的。静稳定性静稳定性研究研究物体受扰物体受扰后的最初响应问题后的最初响应问题。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外力外力外力外力外力外力28静稳定性与动稳定性静稳定性与动稳定性 扰动运动过程中出扰动运动过程中出现阻尼力矩，最终使现阻尼力矩，最终使物体回到原平衡状态，物体回到原平衡状态，称物体是动稳定的。称物体是动稳定的。动稳定性动稳定性研究物体研究物体受受扰运动的时间响应历扰运动的时间响应历程问题程问题。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）29飞机稳定性的定义
11、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，偏离原平衡状态，并在扰动消失动和操纵扰动）后，偏离原平衡状态，并在扰动消失后，飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状后，飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状态（包括最初响应态（包括最初响应静稳定性问题，和最终响应静稳定性问题，和最终响应动动稳定性问题）的特性。稳定性问题）的特性。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30飞机的稳定性飞机的稳定性飞机具有稳定性飞机具有稳定性飞机不具有稳定性飞机不具有稳定性飞机具有中立稳定性飞机具有中立稳定性3
12、1飞机在平衡状态受到小扰动后的飞机在平衡状态受到小扰动后的几种基本运动形式几种基本运动形式飞机的稳定性飞机的稳定性32静稳定性与动稳定性静稳定性与动稳定性332 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的方向稳定性飞机的方向稳定性飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性34 飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至小扰动以至俯仰平衡遭到破坏俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞，在扰动消失后，飞机机自动趋向恢复原平衡状态自动趋向恢复原平衡状态的特性。的特性。 飞机的俯仰稳定性是由飞机的俯仰稳定性是由
13、俯仰稳定力矩俯仰稳定力矩和和俯仰阻俯仰阻尼力矩尼力矩共同作用的结果。共同作用的结果。4.2.2 飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性什么是俯仰稳定性什么是俯仰稳定性35水平尾翼水平尾翼 正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的安装角更小。安装角更小。 俯仰稳定力矩的产生俯仰稳定力矩的产生俯仰稳定力矩主要由平尾产生俯仰稳定力矩主要由平尾产生36I. 俯仰稳定力矩主要由平尾产生俯仰稳定力矩主要由平尾产生 平尾可以产生平尾可以产生俯仰稳定力矩，俯仰稳定力矩，趋于保持飞机的趋于保持飞机的俯仰平衡。俯仰平衡。俯仰转动俯仰转动机翼迎角机翼迎角平尾升力平尾升力零升迎角
14、零升迎角较小正迎角较小正迎角较大正迎角较大正迎角负升力负升力零升力零升力正升力正升力37瞬间受扰瞬间受扰机头上抬机头上抬扰动运动消失扰动运动消失迎角恢复原值迎角恢复原值平尾附平尾附加升力加升力俯仰稳俯仰稳定力矩定力矩平尾产生俯仰稳定力矩平尾产生俯仰稳定力矩38n翼型上，以翼型上，以1/4弦长处为距心，得到弦长处为距心，得到翼型的升力翼型的升力L和使和使翼型俯仰转动的力矩翼型俯仰转动的力矩MF（使抬头为正）（使抬头为正）nMF（或（或mF）不随攻角改变，故把）不随攻角改变，故把1/4弦长处称为焦点弦长处称为焦点n焦点是焦点是附加升力附加升力的作用点，又称为的作用点，又称为气动中心气动中心焦点定义
15、焦点定义LMF39焦点位置的确定焦点位置的确定 理论分析，在理论分析，在低速、亚音速低速、亚音速时，翼型焦点在时，翼型焦点在1/41/4弦长处弦长处 实验结果表明，焦点坐标在实验结果表明，焦点坐标在23%-27%23%-27%范围内范围内迎角增加，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40II. 焦点与俯仰稳定力矩焦点与俯仰稳定力矩 迎角发生变化时，机身、机翼等各部件都会产迎角发生变化时，机身、机翼等各部件都会产生附加升力生附加升力 飞机迎角改变时附加升力合力的作力点称为飞机迎角改变时附加升力合力的作力点称为焦点焦点。重心重心
16、焦点焦点41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，俯仰稳定性越强。稳定稳定不稳定不稳定42俯仰静稳定性的判别俯仰静稳定性的判别俯仰力矩系数曲线：俯仰力矩系数曲线：俯仰力矩系数：俯仰力矩系数：MACZZcSVMm22143俯仰力矩系数曲线俯仰力矩系数曲线ZZmm 俯仰力矩系数曲线的斜率俯仰力矩系数曲线的斜率也称为也称为迎角稳定度迎角稳定度或或纵向纵向静稳定度静稳定度，它表示迎角每变化，它表示迎角每变化1度时俯仰力矩系数的度时俯仰力矩系数的变化
17、量，它的表达式为：变化量，它的表达式为：mz抬头抬头低头低头mz44mz抬头抬头低头低头mz 当焦点在重心之后，飞机具有俯仰稳定性，这也意味当焦点在重心之后，飞机具有俯仰稳定性，这也意味着俯仰力矩系数曲线斜率为负。着俯仰力矩系数曲线斜率为负。俯仰力矩系数曲线俯仰力矩系数曲线重心重心焦点焦点45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速速度度方方向向相对气流相对气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4647短周期短周期运动运动长周期长周期运动运动位移量位移量俯仰动稳定性俯仰动稳定性两种典型振动模态：两种
18、典型振动模态：短周期模态短周期模态：周期短、衰减速度快：周期短、衰减速度快长周期模态长周期模态：周期长、衰减慢：周期长、衰减慢48俯仰动稳定性俯仰动稳定性飞机的纵向扰动大致可分为两个阶段：飞机的纵向扰动大致可分为两个阶段： 在扰动运动的最初阶段，表现为在扰动运动的最初阶段，表现为迎角和角速度有较快变迎角和角速度有较快变化化的的短周期运动短周期运动，飞行速度基本保持不变飞行速度基本保持不变。 在扰动的后一阶段，其主要特征表现为在扰动的后一阶段，其主要特征表现为飞行速度和轨迹飞行速度和轨迹升降角不断缓慢变化升降角不断缓慢变化的的长周期运动长周期运动，飞机的，飞机的攻角基本不变攻角基本不变。49思考
19、题思考题1 1：m mz z 已知某飞机的俯仰力矩系数与迎角的关系如下图已知某飞机的俯仰力矩系数与迎角的关系如下图所示，该飞机的正的动稳定性。请问该飞机是否具有所示，该飞机的正的动稳定性。请问该飞机是否具有俯仰静稳定性？是否具有俯仰稳定性？该飞机如果受俯仰静稳定性？是否具有俯仰稳定性？该飞机如果受到瞬间抬头的干扰能否最后回到平衡状态？如果可以，到瞬间抬头的干扰能否最后回到平衡状态？如果可以，该平衡状态是否是原来的平衡状态，如果不可以，飞该平衡状态是否是原来的平衡状态，如果不可以，飞机该怎样运动？机该怎样运动？502 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的方向稳定性
20、飞机的方向稳定性飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性飞机稳定性的影响因素飞机稳定性的影响因素51 飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至扰动以至方向平衡遭到破坏方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态自动趋向恢复原平衡状态的特性。的特性。 飞机的方向稳定性飞机的方向稳定性什么是方向稳定性什么是方向稳定性52侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。致的飞行状态。 主要方向稳定力矩的产生主要方向稳定力矩的产生53方向稳定力矩主要是在飞
21、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。 主要方向稳定力矩的产生主要方向稳定力矩的产生54由垂尾产生的方向稳定力矩由垂尾产生的方向稳定力矩55垂尾面积的影响垂尾面积的影响 垂尾面积越大，垂尾面积越大，方向稳定力矩越大。方向稳定力矩越大。相对气流相对气流相对气流相对气流扰动扰动扰动扰动稳定力矩稳定力矩稳定力矩稳定力矩较小侧力较小侧力（面积小）（面积小）较大侧力较大侧力（面积大）（面积大）56机身机身四分之一翼弦连线四分之一翼弦连线横轴横轴后掠角后掠角后掠角后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。 其他方向稳定力矩的产生其
22、他方向稳定力矩的产生上反角上反角57 后掠角的存在，使后掠角的存在，使侧滑侧滑前翼的相对气流有效分速前翼的相对气流有效分速大大，因而，因而阻力更大阻力更大，从而，从而产生方向稳定力矩。产生方向稳定力矩。后掠角在侧滑中所产生方向稳定力矩后掠角在侧滑中所产生方向稳定力矩58机身、背鳍和腹鳍的方向稳定力矩的产生机身、背鳍和腹鳍的方向稳定力矩的产生 机身，以及背鳍和腹机身，以及背鳍和腹鳍也可以产生方向稳定鳍也可以产生方向稳定力矩。力矩。59 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。 飞机转动的过程中，垂尾处出现附加的侧向气流飞机转动的过程中，垂尾处出
23、现附加的侧向气流速度分量，导致垂尾出现侧力，侧力形成的力矩起速度分量，导致垂尾出现侧力，侧力形成的力矩起到阻碍转动的作用，称方向阻尼力矩。到阻碍转动的作用，称方向阻尼力矩。垂尾侧力垂尾侧力转动方向转动方向阻尼力矩阻尼力矩相对气流相对气流垂尾运动方向垂尾运动方向60612 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的方向稳定性飞机的方向稳定性飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性飞机稳定性的影响因素飞机稳定性的影响因素62 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扰动以至横侧平衡遭到破坏横侧平衡
24、遭到破坏，在扰动消失后，飞机，在扰动消失后，飞机自自动趋向恢复原平衡状态动趋向恢复原平衡状态的特性。的特性。4.2.4 飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性什么是横侧稳定性什么是横侧稳定性63 主要横侧稳定力矩的产生主要横侧稳定力矩的产生侧力侧力横侧稳定力矩横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的主要由侧滑中机翼的上反角上反角和和后掠角后掠角产生。产生。64 上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。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65 侧滑前翼的升力大
25、于侧滑后侧滑前翼的升力大于侧滑后翼的升力，是翼的升力，是机翼能够具有机翼能够具有横横侧稳定性必要条件侧稳定性必要条件。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 后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力大后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力大于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。66 其他横侧稳定力矩的产生其他横侧稳定力矩的产生 机翼上下位置机翼上下位置和和垂尾垂尾也能够使机翼产生横侧稳定力矩。也能够使机翼产生横侧稳定力矩。67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I. 机翼上
26、下位置的影响机翼上下位置的影响68II. 垂尾产生的横侧稳定力矩垂尾产生的横侧稳定力矩 侧滑中，垂尾产生的侧力对重心形成的滚转力矩也是横侧滑中，垂尾产生的侧力对重心形成的滚转力矩也是横侧稳定力矩。侧稳定力矩。垂尾侧力垂尾侧力侧滑方向侧滑方向侧力力臂侧力力臂69 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，这一阻尼力矩对飞机转动起阻碍作用。力不等，这一阻
27、尼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70滚转附加滚转附加气流速度气流速度滚转附加滚转附加气流速度气流速度上扬机翼迎角上扬机翼迎角减小减小下沉机翼迎角下沉机翼迎角增大增大滚转对两翼迎角的影响滚转对两翼迎角的影响712 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的方向稳定性飞机的方向稳定性飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性飞机稳定性的影响因素飞机稳定性的影响因素72飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互耦合的，飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互耦合的，飞机的飞机的方向稳定性方向稳定性和
28、和横侧稳定性横侧稳定性的总和，叫的总和，叫侧向稳定性侧向稳定性 侧向扰动运动由两种非周期模态（侧向扰动运动由两种非周期模态（滚转模态滚转模态和和盘盘旋下降模态旋下降模态）和一个振荡模态（）和一个振荡模态（飘摆模态飘摆模态）组成。）组成。73滚转模态滚转模态 飞机在受侧向飞机在受侧向扰动初期扰动初期，主要表现出飞机，主要表现出飞机的的滚转角速度和机翼坡度的迅速变化滚转角速度和机翼坡度的迅速变化，这种迅，这种迅速衰减的滚转阻尼运动，就是速衰减的滚转阻尼运动，就是滚转模态滚转模态74飘摆模态飘摆模态 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
29、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。滚转阻尼运动基本结束之后滚转阻尼运动基本结束之后75飘摆飘摆 飘摆的危害性在于：飘摆震荡飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有几秒周期只有几秒，修正，修正飘摆超出了人的反应能力，修正过程中极易造成推波飘摆超出了人的反应能力，修正过程中极易造成推波助澜，加大飘摆。助澜，加大飘摆。 正常情况下，飘摆半衰期很短，但当正常情况下，飘摆半衰期很短，但当方向稳定性和方向
30、稳定性和横侧稳定性不协调时横侧稳定性不协调时，易使飘摆，易使飘摆半衰期延长半衰期延长甚至不稳甚至不稳定，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化易发生飘摆易发生飘摆。因此广泛使用。因此广泛使用飘摆阻尼器飘摆阻尼器。76盘旋下降模态盘旋下降模态 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；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
31、入缓慢的盘旋下降过程，称最终导致飞机进入缓慢的盘旋下降过程，称螺旋不稳螺旋不稳定定。 螺旋不稳定的螺旋不稳定的周期较大周期较大，但对飞行安全不构成威胁，但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。 飞机的飞机的横侧稳定性过弱横侧稳定性过弱而而方向稳定性过强方向稳定性过强，易产生，易产生螺螺旋不稳定旋不稳定。侧向扰动运动的后期：侧向扰动运动的后期：7778脉冲气脉冲气流冲击流冲击螺旋运动，表现为飞螺旋运动，表现为飞机高度和半径的变换，机高度和半径的变换，允许轻度不稳定。允许轻度不稳定。飘摆运动，表现为坡度飘摆运动，表现为坡度与侧滑角的交替变化，
32、与侧滑角的交替变化，必须有合适的半衰期。必须有合适的半衰期。横侧动稳定性横侧动稳定性飞机横侧扰动运动的时间响应历程分析。飞机横侧扰动运动的时间响应历程分析。792 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的方向稳定性飞机的方向稳定性飞机的横侧稳定性飞机的横侧稳定性飞机的侧向稳定性飞机的侧向稳定性飞机稳定性的影响因素飞机稳定性的影响因素80 重心的位置重心的位置 速度速度速度增大，稳定性越强速度增大，稳定性越强（阻尼力矩增大）（阻尼力矩增大）。 大迎角飞行大迎角飞行 影响飞机稳定性的因素影响飞机稳定性的因素 高度变化高度变化 飞机稳定性的强弱，一般用飞机稳定性的强弱，一
33、般用摆动衰减时间摆动衰减时间、摆动摆动幅度幅度、摆动次数摆动次数来衡量。来衡量。81重心位置靠前，飞机的重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性越强俯仰稳定性越强。重心位置靠前，飞机的重心位置靠前，飞机的方向稳定性有所增加方向稳定性有所增加，但不明显。，但不明显。重心位置前后移动，重心位置前后移动，对横侧稳定性无影响对横侧稳定性无影响。重心重心焦点焦点 重心的位置重心的位置82 速度速度飞机摆动衰减时间的长短取决于飞机的阻尼力矩。飞机摆动衰减时间的长短取决于飞机的阻尼力矩。在同一高度上，在同一高度上，阻尼力矩与速度成正比阻尼力矩与速度成正比。速度增大，速度增大，稳定性越强稳定性越强（阻尼力矩增大）（阻尼
34、力矩增大）。83 飞行高度飞行高度相同当量空速相同当量空速扰动气流扰动气流速度相同速度相同扰动气流扰动气流速度速度高空高空低空低空飞行真空速飞行真空速飞行真空速飞行真空速合速度合速度相对气流相对气流迎角增加量迎角增加量迎角增加量迎角增加量更小更小 在高空在高空，相同当量空速下，同样扰动气流速度，相同当量空速下，同样扰动气流速度，飞机飞机受影响更小受影响更小。 但在高空由于但在高空由于阻尼力矩小阻尼力矩小，飞机摆动的，飞机摆动的衰减时间长，衰减时间长，稳定性减弱稳定性减弱。 84 飞机受扰左倾，左飞机受扰左倾，左翼下沉，迎角增大，右翼下沉，迎角增大，右翼上扬，迎角减小。若翼上扬，迎角减小。若受扰
35、前在临界迎角附近受扰前在临界迎角附近，就可能导致迎角大，升就可能导致迎角大，升力反而小，从而导致横力反而小，从而导致横侧阻尼力矩方向改变，侧阻尼力矩方向改变，飞机进一步左倾，出现飞机进一步左倾，出现机翼自转现象机翼自转现象。下沉侧，迎角增大，下沉侧，迎角增大，升力减小升力减小上扬侧，迎角减小，上扬侧，迎角减小，升力增大升力增大 大迎角飞行大迎角飞行85飞机的稳定性分析飞机的稳定性分析 飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。 飞机的的稳定性是相对的、有条件的。飞机的的稳定性是相对的、有条件的。 飞行员不能完全依赖飞机的稳定性，而必须主飞行员不能完全依赖飞
36、机的稳定性，而必须主动、及时地对飞机实施操纵。动、及时地对飞机实施操纵。86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飞行原理飞行原理/CAFUC874.3 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飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵升降舵升降舵、方方向舵向舵和和副翼副翼下改变其飞行状态的特性。下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操纵性横侧操纵性横侧操纵性89操纵性的主要研究内容：操纵性的主要研究内容： 飞行状态的改变飞行状态的改变与与杆舵行程和杆舵力大小杆
37、舵行程和杆舵力大小之间的基之间的基本关系，本关系，飞机反应快慢以及影响因素飞机反应快慢以及影响因素等。等。904.3.1 飞机的俯仰操纵性飞机的俯仰操纵性 飞机的俯仰操纵性是指飞行员飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升操纵驾驶盘偏转升降舵降舵后，后，飞机绕横轴转动飞机绕横轴转动而而改变其迎角改变其迎角等飞行状态等飞行状态的特性。的特性。91衡量的指标衡量的指标n为使飞机改变一定的飞行状态所需偏转为使飞机改变一定的飞行状态所需偏转的舵面角度（或驾驶杆行程）的多少的舵面角度（或驾驶杆行程）的多少n为使飞机改变一定的飞行状态所需施加为使飞机改变一定的飞行状态所需施加的驾驶杆力大小的驾驶杆力大小
38、n舵面偏转后，飞行状态改变的快慢，也舵面偏转后，飞行状态改变的快慢，也就是，飞机对驾驶杆操纵的反应如何就是，飞机对驾驶杆操纵的反应如何92拉杆拉杆升降舵上偏升降舵上偏附加向下升力附加向下升力 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93 平尾上的向下附加升力会打破原有俯仰平衡，使飞平尾上的向下附加升力会打破原有俯仰平衡，使飞机抬头。机抬头。 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机头向上机头向上升降舵上偏升降舵上偏向下气动力向下气动力机尾向下机尾向下后拉杆后拉杆94重心重心焦点焦点操纵力矩操纵力矩稳定力矩稳定力矩俯仰操纵力矩俯仰操纵力矩= =俯仰稳定力矩俯仰稳
39、定力矩 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95 直线飞行中，驾驶盘前后的每一个位置（或升降直线飞行中，驾驶盘前后的每一个位置（或升降舵偏角）对应着一个迎角。舵偏角）对应着一个迎角。一个迎角对应一个速度一个迎角对应一个速度。 驾驶盘位置越靠后，升降舵上偏角越大，对应的驾驶盘位置越靠后，升降舵上偏角越大，对应的迎角也越大。反之，驾驶盘位置越靠前，升降舵下偏迎角也越大。反之，驾驶盘位置越靠前，升降舵下偏角越大，对应的迎角也越小。角越大，对应的迎角也越小。结论结论96迎角与速度关系迎角与速度关系 直线飞行中，一个迎角对应一个速度，大速度对直线飞行中，一个迎角对应一个速度，大速度对
40、应小迎角，小速度对应大迎角。应小迎角，小速度对应大迎角。97 平飞中，升降舵偏角（即杆的前后位置）与速度平飞中，升降舵偏角（即杆的前后位置）与速度的关系是的关系是: 小速度时，升降舵上偏小速度时，升降舵上偏；随着速度增加，升降舵；随着速度增加，升降舵减小上偏角，减小上偏角，大速度时，升降舵下偏大速度时，升降舵下偏。升降舵偏角与速度的关系升降舵偏角与速度的关系上偏上偏下偏下偏升降舵偏角升降舵偏角升降舵偏角（杆升降舵偏角（杆位置）曲线位置）曲线98 飞行员操纵驾驶盘，要施加一定的力，这个力简飞行员操纵驾驶盘，要施加一定的力，这个力简称为杆力。称为杆力。驾驶杆力驾驶杆力99I. 杆力的产生和影响因素
41、杆力的产生和影响因素铰链铰链铰链力矩铰链力矩 舵面上铰链力矩的产生舵面上铰链力矩的产生: : 飞行员推杆后，升降舵下偏，升降舵上产生向上的飞行员推杆后，升降舵下偏，升降舵上产生向上的空气动力，对铰链形成的力矩。空气动力，对铰链形成的力矩。100 杆力的产生杆力的产生: :M枢轴枢轴枢轴枢轴L舵舵由由M枢轴枢轴传来的力传来的力 铰链力矩迫使升降舵和杆回到中立位，为保持舵偏铰链力矩迫使升降舵和杆回到中立位，为保持舵偏角和杆位置不变，飞行员必须用一定力推杆才能平衡铰角和杆位置不变，飞行员必须用一定力推杆才能平衡铰链力矩。链力矩。杆力的产生和影响因素杆力的产生和影响因素1014.3.2 飞机的方向操纵
42、性（无滚转）飞机的方向操纵性（无滚转） 飞机的方向操纵性是指飞行员操纵飞机的方向操纵性是指飞行员操纵方向舵方向舵以后，以后，飞飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的特性。等飞行状态的特性。102 垂直尾翼上的向右附加气动力会打破原有方向平垂直尾翼上的向右附加气动力会打破原有方向平衡，使飞机机头左偏。衡，使飞机机头左偏。飞行中改变侧滑角的基本原理飞行中改变侧滑角的基本原理103稳定力矩稳定力矩操纵力矩操纵力矩方向操纵力矩方向操纵力矩= =方向稳定力矩方向稳定力矩飞行中改变侧滑角的基本原理飞行中改变侧滑角的基本原理104 不带滚转的直线飞行中，每一个脚蹬位置对应着不带滚
43、转的直线飞行中，每一个脚蹬位置对应着一个侧滑角一个侧滑角。蹬右舵，飞机产生左侧滑（机头右偏）。蹬右舵，飞机产生左侧滑（机头右偏）。蹬左舵，飞机产生右侧滑蹬左舵，飞机产生右侧滑。 方向舵偏转后产生方向铰链力矩，飞行员需用力方向舵偏转后产生方向铰链力矩，飞行员需用力蹬蹬舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，气流动压越大，蹬舵力越大。气流动压越大，蹬舵力越大。结论结论1054.3.3 飞机的横侧操纵性（无侧滑）飞机的横侧操纵性（无侧滑） 飞机的横侧操纵性是指飞行员飞机的横侧操纵性是指飞行员操纵副翼操纵副翼以后，以后，飞机飞机绕纵轴转动而改变其滚转
44、角速度、坡度绕纵轴转动而改变其滚转角速度、坡度等飞行状态的等飞行状态的特性。特性。106 两个副翼上的不同升力差会打破原有横侧平衡，两个副翼上的不同升力差会打破原有横侧平衡，使飞机开始滚转。使飞机开始滚转。飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理107飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理飞行中不带侧滑的横侧操纵基本原理横侧操纵力矩横侧操纵力矩= =横侧阻尼力矩横侧阻尼力矩滚转方向滚转方向阻尼力矩方阻尼力矩方向向操纵力矩方向操纵力矩方向旋转阻力旋转阻力副翼升力作用副翼升力作用108n机翼气动变形对横侧操纵的影响机翼气动变形对横侧操纵的影响 内侧副翼内侧副翼n扰流片对横侧操纵的
45、作用扰流片对横侧操纵的作用109 不带侧滑的横侧操纵中，驾驶盘左右转动的每个不带侧滑的横侧操纵中，驾驶盘左右转动的每个位置都对应着一个稳定的滚转角速度。位置都对应着一个稳定的滚转角速度。 压左盘，飞机左滚转，压右盘，飞机右滚转。驾压左盘，飞机左滚转，压右盘，飞机右滚转。驾驶盘左右转动的角度越大，滚转的角速度就越大。驶盘左右转动的角度越大，滚转的角速度就越大。结论结论1104.3.4 方向操纵性和横侧操纵性的关系方向操纵性和横侧操纵性的关系111 蹬左舵，蹬左舵，机头左偏机头左偏，导致右侧滑，侧滑前翼升，导致右侧滑，侧滑前翼升力大于侧滑后翼升力（即横侧稳定力矩），力大于侧滑后翼升力（即横侧稳定力
46、矩），飞机左飞机左滚滚。 压左盘，压左盘，飞机左滚飞机左滚，导致左侧滑，垂尾附加侧，导致左侧滑，垂尾附加侧力使力使机头左偏机头左偏（即方向稳定力矩）。（即方向稳定力矩）。结论：结论：在操纵效果上，存在在操纵效果上，存在盘舵互换盘舵互换（但效率不高）。（但效率不高）。4.3.4 方向操纵性和横侧操纵性的关系方向操纵性和横侧操纵性的关系112 杆舵的效用可以互换。方向操纵性和横侧操纵性杆舵的效用可以互换。方向操纵性和横侧操纵性合起来称为飞机的合起来称为飞机的侧向操纵性侧向操纵性。侧向操纵性侧向操纵性1134.3.5 影响飞机操纵性的因素影响飞机操纵性的因素 飞机重心位置前后移动对操纵性的影响和重飞
47、机重心位置前后移动对操纵性的影响和重心的前后极限位置。心的前后极限位置。 飞行速度对飞机操纵性的影响。飞行速度对飞机操纵性的影响。 飞行高度对操纵性的影响飞行高度对操纵性的影响 迎角对横侧操纵性的影响迎角对横侧操纵性的影响横侧反操纵的现象。横侧反操纵的现象。114飞机重心位置前后移动对操纵性的影响飞机重心位置前后移动对操纵性的影响和重心的前后极限位置和重心的前后极限位置重心重心焦点焦点 重心前移，重心到焦点的距离增加，俯仰稳定力重心前移，重心到焦点的距离增加，俯仰稳定力矩增大。矩增大。115 重心前移，导致飞机杆位移和杆力增大，俯仰操重心前移，导致飞机杆位移和杆力增大，俯仰操纵性变差，俯仰稳定
48、性增强；重心后移，导致杆位移纵性变差，俯仰稳定性增强；重心后移，导致杆位移小，杆力变轻，操纵性变好，俯仰稳定性变差。小，杆力变轻，操纵性变好，俯仰稳定性变差。M枢轴枢轴枢轴枢轴L舵舵由由M枢轴枢轴传来的力传来的力飞机重心位置前后移动对操纵性的影响飞机重心位置前后移动对操纵性的影响和重心的前后极限位置和重心的前后极限位置116 重心位置会影响飞机的平衡和机动性。重心靠前，飞重心位置会影响飞机的平衡和机动性。重心靠前，飞机的燃油经济性会变差。机的燃油经济性会变差。重心位置的有利范围重心位置的有利范围117 为提高飞行性能为提高飞行性能, ,飞机除了规定重心位置前限和飞机除了规定重心位置前限和后限外
49、后限外, ,还规定了飞机的有利重心范围。为使飞机还规定了飞机的有利重心范围。为使飞机重心位置能在规定范围内，飞机装载、燃油消耗顺重心位置能在规定范围内，飞机装载、燃油消耗顺序、空投次序均应严格按规定执行。序、空投次序均应严格按规定执行。 飞机重心位置的左右移动也有严格的限制以保飞机重心位置的左右移动也有严格的限制以保证飞机的横侧操纵性。证飞机的横侧操纵性。重心位置的有利范围重心位置的有利范围118飞行速度对飞机操纵性的影响飞行速度对飞机操纵性的影响 速度大飞机反应快，操纵性好（速度大导致舵面效率高）。速度大飞机反应快，操纵性好（速度大导致舵面效率高）。Airspeed IndicatorAirspeed Indicator 空速表空速表119飞行高度对操纵性的影响飞行高度对操纵性的影响 以同一个真空速进行飞以同一个真空速进行飞行，行，高度增加，空气密度高度增加，空气密度降低，飞机反应慢，操纵降低，飞机反应慢，操纵性差性差（密度导致舵面效率（密度导致舵面效率低）。高空飞行有杆、舵低）。高空飞行有杆、舵变轻，反应迟缓的现象。变轻，反应迟缓的现象。120迎角对横侧操纵性的影响迎角对横侧操纵性的影响横侧反操纵横侧反操纵 迎角增大，横侧操纵性变差迎角增大，横侧操纵性变差，临界迎角和大于临，临界迎角和大于临界迎角时，可能出现界迎角时，可能出现横侧反操纵横侧反操纵。121
