1、飞行原理飞行原理/CAFUC飞机的平衡、稳定性与飞机的平衡、稳定性与操纵性操纵性第四章第四章第四章第四章 第第 页页2 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。第四章第四章 第第 页页3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/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFU
2、C4.1 飞机的平衡飞机的平衡第四章第四章 第第 页页54.1.1 飞机的坐标轴和重心飞机的坐标轴和重心 机体轴机体轴第四章第四章 第第 页页6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第四章第四章 第第 页页7I.绕横轴（绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰转动轴）的转动称为俯仰转动 注：角速度和力矩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第四章第四章 第第 页页8II.绕立轴（绕立轴（OY轴）的转动称为偏转轴）的转动称为偏转第四章第四章 第第 页页9III.绕纵轴（绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转轴）的转动称为滚转第四章第四章 第第 页
3、页10 重心（重心（Center of Gravity）飞机各部件、燃料、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。第四章第四章 第第 页页11重心重心CG 飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机重心一起的移动和飞机各部分绕重心的转动。重心一起的移动和飞机各部分绕重心的转动。重心（重心（Center of Gravity）第四章第四章 第第 页页12重心位置的表示重心位置的表示X重重bMCA%100MCAGGbXX 重心的前后位置常用
4、重心在某一特定翼弦上的投影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，占该翼弦的百分数来表示。到该翼弦前端的距离，占该翼弦的百分数来表示。第四章第四章 第第 页页13平均空气动力弦（平均空气动力弦（MAC）假想的矩形翼的面积、空气动力及俯仰特性与原机假想的矩形翼的面积、空气动力及俯仰特性与原机翼相同。翼相同。第四章第四章 第第 页页14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
5、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。第四章第四章 第第 页页15 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。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)横侧平衡横侧平衡第四章第四章 第第 页页164.1.2 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。第四章第四
6、章 第第 页页17CPCG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）产生的俯仰力矩第四章第四章 第第 页页18 机翼产生的俯仰力矩的大小最终只取决于飞机重机翼产生的俯仰力矩的大小最终只取决于飞机重心位置、迎角和飞机构型。心位置、迎角和飞机构型。一般情况一般情况下机翼产生下机翼产生下俯力矩。下俯力矩。但当重心后但当重心后移较多且迎移较多且迎角有很大时，角有很大时，则可能产生则可能产生上仰力矩。上仰力矩。机翼产生的俯仰力矩机翼产生的俯仰力矩第四章第四章 第第 页页19 平尾产生的俯仰力矩平
7、尾产生的俯仰力矩 在正常飞行中，水平尾翼产生负升力，故水平尾在正常飞行中，水平尾翼产生负升力，故水平尾翼力矩是上仰力矩。翼力矩是上仰力矩。当迎角很大时，也可能会产生当迎角很大时，也可能会产生下俯力矩。下俯力矩。第四章第四章 第第 页页20 水平尾翼产生的俯仰力矩取决于机翼迎角、升降舵水平尾翼产生的俯仰力矩取决于机翼迎角、升降舵偏角和流向水平尾翼的气流速度。偏角和流向水平尾翼的气流速度。平尾产生的俯仰力矩平尾产生的俯仰力矩第四章第四章 第第 页页21 螺旋桨的拉力或螺旋桨的拉力或发动机的推力，其发动机的推力，其作用线若不通过飞作用线若不通过飞机重心，也会形成机重心，也会形成围绕重心的俯仰力围绕重
8、心的俯仰力矩。矩。拉力产生的俯仰力矩拉力产生的俯仰力矩第四章第四章 第第 页页22获得俯仰平衡的条件：获得俯仰平衡的条件：0ZM第四章第四章 第第 页页234.1.3 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。第四章第四章 第第 页页24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。第四章第四章 第第 页页25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
9、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第四章第四章 第第 页页26获得方向平衡的条件：获得方向平衡的条件：0yM第四章第四章 第第 页页274.1.4 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。第四章第四章 第第 页页28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矩螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩第四章第四章 第第 页页29获得横侧平衡的
10、条件：获得横侧平衡的条件：0 xM第四章第四章 第第 页页304.1.5 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第四章第四章 第第 页页31加减油门加减油门 加减油门不仅直接加减油门不仅直接影响拉力或推力力矩影响拉力或推力力矩的大小，还会影响到的大小，还会影响到机翼和尾翼力矩的大机翼和尾翼力矩的大小。小。第四章第四章 第第 页页32襟翼收放襟翼收放 放襟翼机翼升力增大，同时升力作用点（压力中放襟翼机翼升力增大，同时升力作用点（压力中心）后移，下俯力矩增加；另一方面，放
11、襟翼使下心）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。洗增大，平尾负升力增大，抬头力矩变大。第四章第四章 第第 页页33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。第四章第四章 第第 页页34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。第四章第四章 第第 页页35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
12、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。第四章第四章 第第 页页36 一边机翼变形导致两侧阻力不同、两侧发动机工一边机翼变形导致两侧阻力不同、两侧发动机工作状态不同以及螺旋桨副作用影响等。作状态不同以及螺旋桨副作用影响等。影响方向平衡的主要因素影响方向平衡的主要因素 飞行员可利用飞行员可利用偏转方向舵产生的偏转方向舵产生的方向操纵力矩来平方向操纵力矩来平衡偏转力矩以保持衡偏转力矩以保持方向平衡。方向平衡。第四章第四章 第第 页页37 一边机翼变形导致两侧升力不同、油门改变和重心一边机翼变形导致两侧升力不同、油门改变和重心移动等。移动等。影响飞机横侧平衡的因素影响飞机横侧平衡的
13、因素 飞行员可利用飞行员可利用偏转副翼产生的横偏转副翼产生的横侧操纵力矩来平衡侧操纵力矩来平衡滚转力矩以保持横滚转力矩以保持横侧平衡。侧平衡。第四章第四章 第第 页页38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/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFUC4.2 飞机的稳定性飞机的稳定性第四章第四章 第第 页页40 飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。俯仰稳定性俯仰稳定性方向稳定性方
14、向稳定性横侧稳定性横侧稳定性第四章第四章 第第 页页414.2.1 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
15、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。第四章第四章 第第 页页42 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、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
16、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第四章第四章 第第 页页43 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第四章第四章 第第 页页44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，称为物体是静稳定静稳定的。的。静稳定性静稳定性研究物体受扰研究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
17、性负的静稳定性外力外力外力外力外力外力第四章第四章 第第 页页45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受研究物体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）第四章第四章 第第 页页46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
18、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第四章第四章 第第 页页47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第四章第四章 第第 页页48 飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微飞机的俯仰稳
19、定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。机自动趋向恢复原平衡状态的特性。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第四章第四章 第第 页页49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第四章第四章 第第 页页50I.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
20、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第四章第四章 第第 页页51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第四章第四章 第第 页页52II.焦点与俯仰稳定力矩焦点与俯仰稳定力矩飞机迎角改变时附加升力的着力点称为焦点。飞机迎角改变时附加升力的着力点称为焦点。重心重心焦点焦点第四章第四章
21、第第 页页53焦点位置的确定焦点位置的确定迎角增加，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A点点的上仰力矩增加的上仰力矩增加第四章第四章 第第 页页54焦点位置的确定焦点位置的确定迎角增加，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B点点的下俯力矩增加的下俯力矩增加第四章第四章 第第 页页55焦点位置的确定焦点位置的确定 在在A、B两点之间，存在一个点，当压力中心移动两点之间，存在一个点，当压力中心移动时，机翼升力对此点的力矩大小不变。这个点就是时，机翼升力对此点的力矩大小不变。这个点就是焦点。通常焦点距翼弦前缘点的距离是整个翼弦长焦点。通常焦点距翼
22、弦前缘点的距离是整个翼弦长度的度的25%。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第四章第四章 第第 页页56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第四章第四章 第第 页页57 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
23、矩俯仰阻尼力矩飞机转动方向飞机转动方向第四章第四章 第第 页页58 俯仰稳定性的判别俯仰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：MACZZcSVMm221第四章第四章 第第 页页59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也称为迎角稳定度或纵向俯仰力矩系数曲线的斜率也称为迎角稳定度或纵向静稳定度，它表示迎角每变化静稳定度，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mz第四章第四章 第第 页页60mz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
24、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第四章第四章 第第 页页61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俯仰动稳定性分为长周期运动和短周期两种。俯仰动稳定性分为长周期运动和短周期两种。第四章第四章 第第 页页62 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方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。自动趋向恢复原平衡状态的特
25、性。4.2.3 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第四章第四章 第第 页页63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。主要方向稳定力矩的产生主要方向稳定力矩的产生第四章第四章 第第 页页64由垂尾产生的方向稳定力矩由垂尾产生的方向稳定力矩第四章第四章 第第 页页65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）第
26、四章第四章 第第 页页66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 上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳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。定力矩。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第四章第四章 第第 页页67上反角在侧滑中的作用上反角在侧滑中的作用 上反角的存在，上反角的存在，使侧滑前翼的迎角使侧滑前翼的迎角更大，因此阻力也更大，因此阻力也更大。更大。第四章第四章 第第 页页68 上反角使侧滑前翼迎角大，阻力大，从而产生方向稳定上反角使侧滑前翼迎角大，阻力大，从而产生方向稳定力矩。力矩。上反角在侧滑中所产生的方向稳定力矩上反角
27、在侧滑中所产生的方向稳定力矩第四章第四章 第第 页页69 后掠角的存在，使侧滑后掠角的存在，使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，因而阻力更大，从而大，因而阻力更大，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第四章第四章 第第 页页70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。第四章第四章 第第 页页71 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
28、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第四章第四章 第第 页页72 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第四章第四章 第第 页页73 飞机的横侧稳定性，指的是飞行中，飞机受微
29、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，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。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第四章第四章 第第 页页74 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。第四章第四章 第第 页页75 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
30、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第四章第四章 第第 页页76 侧滑前翼的升力大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，是机翼能够具有横机翼能够具有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。第四章第四章 第第 页页77 其他横侧稳定力矩的产生其他横侧稳定力矩的产生 机翼上下位置和垂尾也能
31、够使机翼产生横侧稳定力矩。机翼上下位置和垂尾也能够使机翼产生横侧稳定力矩。第四章第四章 第第 页页78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.机翼上下位置的影响机翼上下位置的影响第四章第四章 第第 页页79II.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第四章第四章 第第 页页80 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，为取得合适的横侧稳定性，往往采
32、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第四章第四章 第第 页页81 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第四章第四章 第第 页页82滚转附加滚
33、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第四章第四章 第第 页页83 飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。明显的飘摆现象，称为荷兰滚。飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。4.2.5 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飞机的方向稳定性与横侧稳
34、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。第四章第四章 第第 页页84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。第四章第四章 第第 页页85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，修正飘摆超出了人的反应能力，修正过程
35、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。第四章第四章 第第 页页86螺旋不稳定螺旋不稳定 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
36、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。旋不稳定。第四章第四章 第第 页页87脉冲气脉冲气流冲击流冲
37、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，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。第四章第四章 第第 页页88 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，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，才能具有稳定性。才能具有稳定性。4.2.6 力矩系数曲线力矩
38、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第四章第四章 第第 页页89 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4.2.7 影响飞机稳定性的因素影响飞机稳定性的因素 高度变化高度变化第四章第四章 第第 页页90重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性越强。重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性越强。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
39、响。重心重心焦点焦点 重心的位置重心的位置第四章第四章 第第 页页91 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，相同当量空速下，同样扰动气流速度，飞机在高空，相同当量空速下，同样扰动气流速度，飞机受影响更小。受影响更小。但在高空由于阻尼力矩小，飞机摆动的衰减时间长。但在高空由于阻尼力矩小，飞机摆动的衰减时间长。第四章第四章 第第 页页92飞机受扰左倾，左翼下飞机受扰左倾，左翼下沉，迎角增大，右翼上沉
40、，迎角增大，右翼上扬，迎角减小。若受扰扬，迎角减小。若受扰前在临界迎角附近，就前在临界迎角附近，就可能导致迎角大，升力可能导致迎角大，升力反而小，从而导致横侧反而小，从而导致横侧阻尼力矩方向改变，飞阻尼力矩方向改变，飞机进一步左倾，出现机进一步左倾，出现机机翼自转现象翼自转现象。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第四章第四章 第第 页页93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
41、对的、有条件的。第四章第四章 第第 页页94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/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFUC4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性第四章第四章 第第 页页96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、方向舵和副翼下改变其飞行状态的特性。向舵和副翼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第四章第四章 第第 页页97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
42、变与杆舵行程和杆舵力大小之间的基飞行状态的改变与杆舵行程和杆舵力大小之间的基本关系，飞机反应快慢，以及影响因素等。本关系，飞机反应快慢，以及影响因素等。第四章第四章 第第 页页984.3.1 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操纵驾驶盘偏转升飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升降舵后，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。第四章第四章 第第 页页994.3.1 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操纵驾驶盘偏转升飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变
43、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。第四章第四章 第第 页页100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第四章第四章 第第 页页101 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第四章第四章 第第 页页102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
44、稳定力矩俯仰稳定力矩 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第四章第四章 第第 页页103 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。结论结论第四章第四章 第第 页页104迎角与速度关系迎角与速度关系 直线飞行中，一个迎角
45、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，大速度对应小迎角，小速度对应大迎角。应小迎角，小速度对应大迎角。第四章第四章 第第 页页105 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；随着速度增加，升降舵小速度时，升降舵上偏；随着速度增加，升降舵减小上偏角，大速度时，升降舵下偏。减小上偏角，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）曲线第四章第四章 第第 页页106俯仰操纵力矩俯仰操纵力矩=俯仰稳定力
46、矩俯仰稳定力矩+俯仰阻尼力矩俯仰阻尼力矩 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LWAZ ZVBZ ZV第四章第四章 第第 页页107 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。驾驶杆力驾驶杆力第四章第四章 第第 页页108I.杆力的产生和影响因素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。第四章第四章 第第 页页109 杆力的产
47、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。I.杆力的产生和影响因素杆力的产生和影响因素第四章第四章 第第 页页110杆力的影响因素杆力的影响因素 升降舵偏角越大升降舵偏角越大,杆力越大；杆力越大；速度增大升降舵逐渐升降舵逐渐由上偏转为下偏速度增大升降舵逐渐升降舵逐渐由上偏转为下偏,杆力由拉杆力逐渐转为推杆力杆力由拉杆力逐渐转为推杆力,速度越大速度越大,推杆力越大。推杆力
48、越大。第四章第四章 第第 页页111 某一速度下平飞时，杆力为零；大速度下变化单位某一速度下平飞时，杆力为零；大速度下变化单位速度，速度，杆力变化量大；小速度下变化单位速度，杆力变化量大；小速度下变化单位速度，杆力杆力变化量小。变化量小。平飞杆力曲线平飞杆力曲线 平飞中，升降舵偏角平飞中，升降舵偏角（即杆的前后位置）与（即杆的前后位置）与速度有一定关系，而升速度有一定关系，而升降舵偏角与杆力也有一降舵偏角与杆力也有一定关系，所以速度和杆定关系，所以速度和杆力之间存在一定的对应力之间存在一定的对应关系。杆力与速度之间关系。杆力与速度之间的关系曲线称杆力曲线。的关系曲线称杆力曲线。第四章第四章 第
49、第 页页112II.调整片的作用调整片的作用飞行中调整片可以减小和消除杆力。飞行中调整片可以减小和消除杆力。第四章第四章 第第 页页113飞行中调整片可以飞行中调整片可以减小和消除杆力。减小和消除杆力。调整片在保调整片在保持平尾升力不变持平尾升力不变的前提下，通过的前提下，通过偏转配平调整片偏转配平调整片使舵面铰链力矩使舵面铰链力矩为零。为零。第四章第四章 第第 页页114调整片可以改变不同速度下的杆力大小调整片可以改变不同速度下的杆力大小 大速度下，推杆力会有显著增大；反之以小速度大速度下，推杆力会有显著增大；反之以小速度飞行时，拉杆力会增大。调整片下偏转会使各个速飞行时，拉杆力会增大。调整
50、片下偏转会使各个速度下的杆力增加额外的推杆力，即会使拉杆力的大度下的杆力增加额外的推杆力，即会使拉杆力的大小减小。小减小。第四章第四章 第第 页页1154.3.2 飞机的方向操纵性（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方向舵以后，飞飞机的方向操纵性是指飞行员操纵方向舵以后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的特性。机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的特性。第四章第四章 第第 页页116 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
