稳定性与操纵性图解

三轴

纵轴（滚转）、立轴（偏航）、横轴（俯仰）；原点在重心

平衡定义

各力之和为零、各力矩之和为零；含作用力平衡和力矩平衡

俯仰平衡

各俯仰力矩之和为零，迎角不变；力矩主要有机翼、平尾、拉力产生

方向平衡

各偏转力矩之和为零，侧滑角不变或为零；力矩主要有两翼阻力、垂尾侧力、多发拉力产生

横侧平衡

各滚转力矩之和为零，坡度不变或为零；力矩主要有两翼升力、反作用力矩产生

重心前移

配平阻力增大，所需升力需增大

稳定力矩

偏离后使物体回到平衡位置的趋势力矩，也叫恢复力矩

阻尼力矩

阻碍受扰运动、方向与运动方向相反

静稳定性

受扰后出现稳定力矩，有回到原平衡的趋势（研究最初响应）

动稳定性

扰动运动中阻尼力矩使物体最终回到原平衡（研究时间历程）

两者关系

动稳定必然静稳定，静稳定不一定动稳定

三种状态

正（稳定）、中立、负（不稳定）

飞机静稳定

受小扰动后有自动恢复原平衡的趋势，但不一定回得到

飞机动稳定

经历一段扰动运动后最终自动恢复原平衡，否则动不稳定

定义

受扰俯仰平衡破坏后，扰动消失自动恢复原平衡的特性

焦点在后

附加升力产生俯仰稳定力矩，飞机有俯仰静稳定性；焦点距重心越远稳定性越强

焦点在前

不稳定；焦点与重心重合为中立不稳定

平尾作用

平尾在飞机后部使焦点后移；俯仰稳定力矩主要由平尾提供，平尾主要提供俯仰稳定力矩和俯仰阻尼力矩

重心位置

重心靠前 → 俯仰稳定性越强、方向稳定性略增、对横侧稳定性无影响

飞行高度

高度增加 → 阻尼力矩小、摆动衰减时间长、稳定性降低

飞行速度

空速增大 → 阻尼力矩增大、稳定性增强；大迎角小速度时受扰易失速

方向稳定性

受扰方向平衡破坏后，扰动消失自动恢复原方向平衡的特性；方向稳定力矩主要由垂尾在侧滑时产生，方向阻尼力矩主要由垂尾产生

垂尾面积

面积越大方向稳定力矩越大；面积小侧力小、面积大侧力大

横侧稳定性

受扰横侧平衡破坏后，扰动消失自动消除坡度、恢复平衡的特性

横侧阻尼

横侧阻尼力矩主要由机翼产生

上反角

侧滑前翼迎角更大、升力更大，产生绕纵轴的横侧稳定力矩

后掠角

左右翼气流不对称、前翼升力大，产生恢复稳定力矩

翼位

上单翼横侧稳定性强、下单翼弱

侧向稳定性

方向稳定性与横侧稳定性的总和，两者耦合

飘摆

横侧稳定性过强、方向稳定性过弱时产生；一边滚转一边偏转、交替变换侧滑方向；周期只有几秒、超出人的反应能力，多数运输机配偏航阻尼器

螺旋不稳定

横侧稳定性过弱、方向稳定性过强时产生缓慢螺旋下降；横侧改平慢、方向消除侧滑快，最终进入缓慢盘旋下降

俯仰操纵性

操纵驾驶杆控制升降舵偏转，使飞机绕横轴转动改变迎角；杆位置对应迎角和速度：大速度小迎角、小速度大迎角；杆越靠后迎角越大、速度越小

滚转操纵性

操纵驾驶杆控制副翼偏转，使飞机绕纵轴转动改变滚转角速度、坡度；不带侧滑时杆左右角度对应稳定滚转角速度、角度越大角速度越大

滚转回中

转弯接近预定坡度时杆回中立，在横侧阻尼力矩作用下滚转角速度逐渐消失

偏航操纵性

蹬舵控制方向舵偏转，使飞机绕立轴转动改变侧滑角；蹬左舵方向舵左偏、垂尾向右附加气动力使机头左偏；不带滚转直线飞行时每个脚蹬位置对应一个侧滑角、方向舵偏角越大蹬舵力越大

主操纵系统

升降舵、方向舵、副翼

杆向后

升降舵上偏产生向下升力，飞机绕横轴抬头；反之低头

向右压杆

左侧副翼下偏产生向上附加升力、右侧副翼上偏产生向下附加升力，飞机绕纵轴向右滚转；向左压杆则左滚

蹬舵

蹬左（右）舵方向舵左（右）偏、垂尾向右（左）附加气动力使机头左（右）偏

杆舵耦合

操纵上存在杆舵互换的耦合效应；蹬左舵机头左偏产生右侧滑、前翼升力大形成滚转力矩、飞机左滚；向左压杆飞机左滚、同时出现副翼反向偏航、机头右转

配平

推杆后升降舵下偏产生向上气动力、铰链力矩使舵回中立、需持续推杆力、配平片可消杆力

铰链力矩

迫使升降舵回中立、需持续杆力、调整片可减小和消除杆力

调整片效果

调整片下偏、各速度下拉杆力减小、推杆力增大、速度越大推杆力增得越多、反之；配平片与舵面偏转方向相反、用于减小或消除杆力

配平不当

起飞抬前轮会杆力过重或过轻

增升三法

改翼型弯度、控制附面层、增大机翼面积

前缘襟翼

用于高亚音速和超音速飞机，放下可延缓前缘气流分离、增弯度

后缘襟翼

分裂、简单、后退、开缝、后退开缝；放下后升力系数、阻力系数同时增大

使用角度

起飞放小角度襟翼、着陆放大角度襟翼

载荷因数与 V-n 包线见《V-n 包线图解》。