1、飛機的靜穩定性與操縱性飛機的靜穩定性與操縱性飛機的動穩定性飛機的動穩定性第四章第四章第四章第四章 第第 頁頁2 飛機飛行狀態的變化，歸根到底，都是飛機飛行狀態的變化，歸根到底，都是力和力矩力和力矩作用的結果。飛機的平衡、穩定性和操縱性是闡述作用的結果。飛機的平衡、穩定性和操縱性是闡述飛機飛機在力和力矩的作用下，飛機狀態的保持和改變在力和力矩的作用下，飛機狀態的保持和改變的基本原理。的基本原理。第四章第四章 第第 頁頁3本章主要內容本章主要內容1、飛機的平衡、飛機的平衡2 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性3 3、飛機的操縱性、飛機的操縱性 飛機的平衡飛機的平衡第四章第四章 第第 頁頁5飛機的重量與

2、重心飛機的重量與重心 飛機各部件、燃料、乘員、貨物等重力的合力，叫飛機各部件、燃料、乘員、貨物等重力的合力，叫飛機的飛機的重力重力。飛機重力的著力點叫做。飛機重力的著力點叫做飛機重心飛機重心。第四章第四章 第第 頁頁6重心重心CG 飛機在空中的運動，總可分解成飛機飛機在空中的運動，總可分解成飛機各部分隨飛機各部分隨飛機重心一起的移動重心一起的移動和和飛機各部分繞重心的轉動飛機各部分繞重心的轉動。飛機的重量與重心飛機的重量與重心第四章第四章 第第 頁頁7重心位置的表示重心位置的表示X重重CMCA%100MCAGGbXX 飛機飛機重心所在的位置重心所在的位置( (左右對稱、前后位置左右對稱、前后位

3、置) )，常用重，常用重心在飛機某一特定翼弦（心在飛機某一特定翼弦（平均空氣動力弦或標準平均弦平均空氣動力弦或標準平均弦）上的上的投影到該翼弦前端的距離投影到該翼弦前端的距離，占該翼弦長度的百分數占該翼弦長度的百分數來表示。來表示。第四章第四章 第第 頁頁8幾何中心幾何中心標準平均弦（標準平均弦（SMC）平均空氣動力弦（平均空氣動力弦（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上的投上的投影到該翼弦前端的距影到該翼弦前端的距離，占該翼弦的百分離，占該翼弦的百分數來表示。數來表示。 標準平均弦等于機翼面積與翼展的比值。標準平均弦等于機翼面積與翼展的比值。第四章第四章 第第

4、頁頁9常用的坐標系常用的坐標系n機體坐標系機體坐標系n氣流坐標系氣流坐標系第四章第四章 第第 頁頁10飛機的平衡飛機的平衡：所有作用在飛機上的力之和等于零，各：所有作用在飛機上的力之和等于零，各力繞重心構成的諸力矩之和也等于零的飛行狀態。力繞重心構成的諸力矩之和也等于零的飛行狀態。飛機的平衡包括飛機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兩個方面。本兩個方面。本節只分析各力矩的平衡。節只分析各力矩的平衡。飛機的平衡飛機的平衡 相對橫軸相對橫軸(OZ軸軸)俯仰平衡俯仰平衡 相對橫軸相對橫軸(OY軸軸)方向平衡方向平衡 相對橫軸相對橫軸(OX軸軸)橫側平衡橫側平衡第四章第四章 第第 頁頁

5、11 飛機的平衡可以從兩個方面進行分別研究飛機的平衡可以從兩個方面進行分別研究n飛機的縱向平衡（或俯仰平衡）飛機的縱向平衡（或俯仰平衡）n飛機的側向平衡飛機的側向平衡第四章第四章 第第 頁頁124.1.2 飛機的俯仰平衡飛機的俯仰平衡 飛機的俯仰平衡是指作用于飛機的各俯仰力矩之飛機的俯仰平衡是指作用于飛機的各俯仰力矩之和為零，迎角不變。和為零，迎角不變。第四章第四章 第第 頁頁13CPCG俯仰力矩主要有俯仰力矩主要有: 機翼產生的俯仰力矩機翼產生的俯仰力矩水平尾翼產生的俯仰力矩水平尾翼產生的俯仰力矩拉力（或推力）產生的俯仰力矩拉力（或推力）產生的俯仰力矩第四章第四章 第第 頁頁14獲得俯仰平衡

6、的條件：獲得俯仰平衡的條件： 0ZM第四章第四章 第第 頁頁154.1.3 飛機的方向平衡飛機的方向平衡 飛機的方向平衡是指作用于飛機的各偏轉力矩之和飛機的方向平衡是指作用于飛機的各偏轉力矩之和為零，側滑角不變或側滑角為零。為零，側滑角不變或側滑角為零。第四章第四章 第第 頁頁16側滑是指相對氣流方向與飛機對稱面不一側滑是指相對氣流方向與飛機對稱面不一致的飛行狀態。致的飛行狀態。 第四章第四章 第第 頁頁17偏轉力矩主要有偏轉力矩主要有: 兩翼阻力對重心產生的偏轉力矩兩翼阻力對重心產生的偏轉力矩垂尾側力對重心產生的偏轉力矩垂尾側力對重心產生的偏轉力矩雙發或多發飛機拉力產生的偏轉力矩雙發或多發飛

7、機拉力產生的偏轉力矩第四章第四章 第第 頁頁18獲得方向平衡的條件：獲得方向平衡的條件： 0yM第四章第四章 第第 頁頁194.1.4 飛機的橫側平衡飛機的橫側平衡 飛機的橫側平衡是指作用于飛機的各滾轉力矩之和飛機的橫側平衡是指作用于飛機的各滾轉力矩之和為零，坡度不變。為零，坡度不變。第四章第四章 第第 頁頁20滾轉力矩主要有滾轉力矩主要有: 兩翼升力對重心產生的滾轉力矩兩翼升力對重心產生的滾轉力矩螺旋槳反作用力矩對重心產生的滾轉力矩螺旋槳反作用力矩對重心產生的滾轉力矩第四章第四章 第第 頁頁21獲得橫側平衡的條件：獲得橫側平衡的條件： 0 xM第四章第四章 第第 頁頁22本章主要內容本章主要

8、內容1、飛機的平衡、飛機的平衡2 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性3 3、飛機的操縱性、飛機的操縱性第四章第四章 第第 頁頁23思考：什么是穩定性？思考：什么是穩定性？穩定性概念及條件第四章第四章 第第 頁頁254.2.1 穩定性概念及條件穩定性概念及條件 一旦擺錘偏離原平衡狀態，重力分一旦擺錘偏離原平衡狀態，重力分力形成的力矩力形成的力矩使擺錘回到原平衡位使擺錘回到原平衡位置。此外，擺錘在擺動過程中還受到空置。此外，擺錘在擺動過程中還受到空氣阻力形成的力矩作用。氣阻力形成的力矩作用。 單擺的穩定性單擺的穩定性 下垂的單擺是穩定的，因為其受到下垂的單擺是穩定的，因為其受到穩定力矩和阻尼力矩的共同

9、作用。穩定力矩和阻尼力矩的共同作用。阻尼力矩阻尼力矩原平衡狀態原平衡狀態穩定力矩穩定力矩阻尼力矩阻尼力矩原平衡狀態原平衡狀態穩定力矩穩定力矩 單擺在這兩個力矩的共同作用下，單擺在這兩個力矩的共同作用下，最終回到原平衡狀態。最終回到原平衡狀態。 第四章第四章 第第 頁頁26 物體受擾后的運動過程中，自動出物體受擾后的運動過程中，自動出現的、力圖使物體最終回到原平衡狀現的、力圖使物體最終回到原平衡狀態的、方向始終與運動方向相反的力態的、方向始終與運動方向相反的力矩，稱為矩，稱為阻尼力矩阻尼力矩。 物體受擾偏離原平衡狀態后，物體受擾偏離原平衡狀態后，出現的、出現的、使物體回到原平衡狀態使物體回到原平

10、衡狀態的、方向始終指向原平衡位置的力矩，的、方向始終指向原平衡位置的力矩，稱為稱為穩定力矩穩定力矩。阻尼力矩阻尼力矩原平衡狀態原平衡狀態穩定力矩穩定力矩阻尼力矩阻尼力矩原平衡狀態原平衡狀態穩定力矩穩定力矩 單擺的穩定性分析單擺的穩定性分析第四章第四章 第第 頁頁27 倒立單擺的穩定性倒立單擺的穩定性倒立的單擺不具備這兩個力矩，因此是不穩定的。倒立的單擺不具備這兩個力矩，因此是不穩定的。原平衡狀態原平衡狀態不穩定力矩不穩定力矩第四章第四章 第第 頁頁28靜穩定性與動穩定性靜穩定性與動穩定性 受擾后出現穩定力矩，具有回到原平衡狀態的趨受擾后出現穩定力矩，具有回到原平衡狀態的趨勢，稱為物體是勢，稱為

11、物體是靜穩定靜穩定的。的。靜穩定性靜穩定性研究研究物體受擾物體受擾后的最初響應問題后的最初響應問題。正的靜穩定性正的靜穩定性中立靜穩定性中立靜穩定性負的靜穩定性負的靜穩定性外力外力外力外力外力外力第四章第四章 第第 頁頁29靜穩定性與動穩定性靜穩定性與動穩定性 擾動運動過程中出擾動運動過程中出現阻尼力矩，最終使現阻尼力矩，最終使物體回到原平衡狀態，物體回到原平衡狀態，稱物體是動穩定的。稱物體是動穩定的。動穩定性動穩定性研究物體研究物體受受擾運動的時間響應歷擾運動的時間響應歷程問題程問題。振幅振幅正的動穩定性（穩定）正的動穩定性（穩定）中立動穩定性中立動穩定性負的動穩定性（不穩定）負的動穩定性（

12、不穩定）第四章第四章 第第 頁頁30飛機穩定性的定義飛機穩定性的定義 飛機的穩定性是指：飛機受到小擾動（包括陣風擾飛機的穩定性是指：飛機受到小擾動（包括陣風擾動和操縱擾動）后，偏離原平衡狀態，并在擾動消失動和操縱擾動）后，偏離原平衡狀態，并在擾動消失后，飛行員不給于任何操縱，飛機自動恢復原平衡狀后，飛行員不給于任何操縱，飛機自動恢復原平衡狀態（包括最初響應態（包括最初響應靜穩定性問題，和最終響應靜穩定性問題，和最終響應動動穩定性問題）的特性。穩定性問題）的特性。俯仰穩定性俯仰穩定性方向穩定性方向穩定性橫側穩定性橫側穩定性第四章第四章 第第 頁頁31飛機的穩定性飛機的穩定性飛機具有穩定性飛機具有

13、穩定性飛機不具有穩定性飛機不具有穩定性飛機具有中立穩定性飛機具有中立穩定性第四章第四章 第第 頁頁32飛機在平衡狀態受到小擾動后的飛機在平衡狀態受到小擾動后的幾種基本運動形式幾種基本運動形式飛機的穩定性飛機的穩定性第四章第四章 第第 頁頁33靜穩定性與動穩定性靜穩定性與動穩定性第四章第四章 第第 頁頁342 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性飛機的橫側穩定性飛機的橫側穩定性飛機的側向穩定性飛機的側向穩定性第四章第四章 第第 頁頁35 飛機的俯仰穩定性，指的是飛行中，飛機受微飛機的俯仰穩定性，指的是飛行中，飛機受微小擾動以至小擾動以至俯

14、仰平衡遭到破壞俯仰平衡遭到破壞，在擾動消失后，飛，在擾動消失后，飛機機自動趨向恢復原平衡狀態自動趨向恢復原平衡狀態的特性。的特性。 飛機的俯仰穩定性是由飛機的俯仰穩定性是由俯仰穩定力矩俯仰穩定力矩和和俯仰阻俯仰阻尼力矩尼力矩共同作用的結果。共同作用的結果。4.2.2 飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性什么是俯仰穩定性什么是俯仰穩定性第四章第四章 第第 頁頁36水平尾翼水平尾翼 正常布局的飛機的平尾的安裝角通常要比機翼的正常布局的飛機的平尾的安裝角通常要比機翼的安裝角更小。安裝角更小。l 俯仰穩定力矩的產生俯仰穩定力矩的產生俯仰穩定力矩主要由平尾產生俯仰穩定力矩主要由平尾產生第四章第四章 第第 頁

15、頁37俯仰穩定力矩主要由平尾產生俯仰穩定力矩主要由平尾產生 平尾可以產生平尾可以產生俯仰穩定力矩，俯仰穩定力矩，趨于保持飛機的趨于保持飛機的俯仰平衡。俯仰平衡。俯仰轉動俯仰轉動機翼迎角機翼迎角平尾升力平尾升力零升迎角零升迎角較小正迎角較小正迎角較大正迎角較大正迎角負升力負升力零升力零升力正升力正升力第四章第四章 第第 頁頁38瞬間受擾瞬間受擾機頭上抬機頭上抬擾動運動消失擾動運動消失迎角恢復原值迎角恢復原值平尾附平尾附加升力加升力俯仰穩俯仰穩定力矩定力矩平尾產生俯仰穩定力矩平尾產生俯仰穩定力矩第四章第四章 第第 頁頁39n翼型上，以翼型上，以1/4弦長處為距心，得到弦長處為距心，得到翼型的升力翼

16、型的升力L和使和使翼型俯仰轉動的力矩翼型俯仰轉動的力矩MF（使抬頭為正）（使抬頭為正）nMF（或（或mF）不隨攻角改變，故把）不隨攻角改變，故把1/4弦長處稱為焦點弦長處稱為焦點n焦點是焦點是附加升力附加升力的作用點，又稱為的作用點，又稱為氣動中心氣動中心焦點定義焦點定義LMF第四章第四章 第第 頁頁40焦點位置的確定焦點位置的確定 理論分析，在理論分析，在低速、亞音速低速、亞音速時，翼型焦點在時，翼型焦點在1/41/4弦長處弦長處 實驗結果表明，焦點坐標在實驗結果表明，焦點坐標在23%-27%23%-27%范圍內范圍內迎角增加，壓力中心迎角增加，壓力中心向前移動向前移動機翼升力對機翼升力對焦

17、焦點點的下俯力矩恒定的下俯力矩恒定焦點焦點第四章第四章 第第 頁頁41 焦點與俯仰穩定力矩焦點與俯仰穩定力矩 迎角發生變化時，機身、機翼等各部件都會產生迎角發生變化時，機身、機翼等各部件都會產生附加升力附加升力 飛機迎角改變時附加升力合力的作力點稱為飛機迎角改變時附加升力合力的作力點稱為焦點焦點。重心重心焦點焦點第四章第四章 第第 頁頁42焦點與俯仰穩定力矩焦點與俯仰穩定力矩 只有焦點的位置在飛機的重心之后飛機才具有俯只有焦點的位置在飛機的重心之后飛機才具有俯仰穩定性，焦點距離重心越遠，俯仰穩定性越強。仰穩定性，焦點距離重心越遠，俯仰穩定性越強。穩定穩定不穩定不穩定第四章第四章 第第 頁頁43

18、俯仰靜穩定性的判別俯仰靜穩定性的判別俯仰力矩系數曲線：俯仰力矩系數曲線：俯仰力矩系數：俯仰力矩系數：MACZZcSVMm221第四章第四章 第第 頁頁44俯仰力矩系數曲線俯仰力矩系數曲線ZZmm 俯仰力矩系數曲線的斜率俯仰力矩系數曲線的斜率也稱為也稱為迎角穩定度迎角穩定度或或縱向縱向靜穩定度靜穩定度，它表示迎角每變化，它表示迎角每變化1度時俯仰力矩系數的度時俯仰力矩系數的變化量，它的表達式為：變化量，它的表達式為：mz抬頭抬頭低頭低頭mz第四章第四章 第第 頁頁45mz抬頭抬頭低頭低頭mz 當焦點在重心之后，飛機具有俯仰穩定性，這也意味當焦點在重心之后，飛機具有俯仰穩定性，這也意味著俯仰力矩系

19、數曲線斜率為負。著俯仰力矩系數曲線斜率為負。俯仰力矩系數曲線俯仰力矩系數曲線重心重心焦點焦點第四章第四章 第第 頁頁46俯仰阻尼力矩的產生俯仰阻尼力矩的產生俯仰阻尼力矩主要由平尾產生俯仰阻尼力矩主要由平尾產生轉轉動動速速度度方方向向相對氣流相對氣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飛機轉動方向飛機轉動方向第四章第四章 第第 頁頁47第四章第四章 第第 頁頁48短周期短周期運動運動長周期長周期運動運動位移量位移量俯仰動穩定性俯仰動穩定性兩種典型振動模態：兩種典型振動模態：短周期模態短周期模態：周期短、衰減速度快：周期短、衰減速度快長周期模態長周期模態：周期長、衰減慢：周期長、衰減慢

20、第四章第四章 第第 頁頁49俯仰動穩定性俯仰動穩定性飛機的縱向擾動大致可分為兩個階段：飛機的縱向擾動大致可分為兩個階段： 在擾動運動的最初階段，表現為在擾動運動的最初階段，表現為迎角和角速度有較快變迎角和角速度有較快變化化的的短周期運動短周期運動，飛行速度基本保持不變飛行速度基本保持不變。 在擾動的后一階段，其主要特征表現為在擾動的后一階段，其主要特征表現為飛行速度和軌跡飛行速度和軌跡升降角不斷緩慢變化升降角不斷緩慢變化的的長周期運動長周期運動，飛機的，飛機的攻角基本不變攻角基本不變。第四章第四章 第第 頁頁50思考題思考題1 1：m mz z 已知某飛機的俯仰力矩系數與迎角的關系如下圖已知某

21、飛機的俯仰力矩系數與迎角的關系如下圖所示，該飛機的正的動穩定性。請問該飛機是否具有所示，該飛機的正的動穩定性。請問該飛機是否具有俯仰靜穩定性？是否具有俯仰穩定性？該飛機如果受俯仰靜穩定性？是否具有俯仰穩定性？該飛機如果受到瞬間抬頭的干擾能否最后回到平衡狀態？如果可以，到瞬間抬頭的干擾能否最后回到平衡狀態？如果可以，該平衡狀態是否是原來的平衡狀態，如果不可以，飛該平衡狀態是否是原來的平衡狀態，如果不可以，飛機該怎樣運動？機該怎樣運動？第四章第四章 第第 頁頁512 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性飛機的橫側穩定性飛機的橫側穩定性飛機的

22、側向穩定性飛機的側向穩定性飛機穩定性的影響因素飛機穩定性的影響因素第四章第四章 第第 頁頁52 飛機的方向穩定性，指的是飛行中，飛機受微小飛機的方向穩定性，指的是飛行中，飛機受微小擾動以至擾動以至方向平衡遭到破壞方向平衡遭到破壞，在擾動消失后，飛機，在擾動消失后，飛機自動趨向恢復原平衡狀態自動趨向恢復原平衡狀態的特性。的特性。 飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性什么是方向穩定性什么是方向穩定性第四章第四章 第第 頁頁53側滑是指相對氣流方向與飛機對稱面不一側滑是指相對氣流方向與飛機對稱面不一致的飛行狀態。致的飛行狀態。 l 主要方向穩定力矩的產生主要方向穩定力矩的產生第四章第四章 第第 頁頁54

23、方向穩定力矩主要是在飛機出現側滑時由垂尾產生的。方向穩定力矩主要是在飛機出現側滑時由垂尾產生的。l 主要方向穩定力矩的產生主要方向穩定力矩的產生第四章第四章 第第 頁頁55由垂尾產生的方向穩定力矩由垂尾產生的方向穩定力矩第四章第四章 第第 頁頁56垂尾面積的影響垂尾面積的影響 垂尾面積越大，垂尾面積越大，方向穩定力矩越大。方向穩定力矩越大。相對氣流相對氣流相對氣流相對氣流擾動擾動擾動擾動穩定力矩穩定力矩穩定力矩穩定力矩較小側力較小側力（面積小）（面積小）較大側力較大側力（面積大）（面積大）第四章第四章 第第 頁頁57機身機身四分之一翼弦連線四分之一翼弦連線橫軸橫軸后掠角后掠角后掠角后掠角的設計

24、等也能夠使機翼產生方向穩定力矩。的設計等也能夠使機翼產生方向穩定力矩。 其他方向穩定力矩的產生其他方向穩定力矩的產生上反角上反角第四章第四章 第第 頁頁58 后掠角的存在，使后掠角的存在，使側滑側滑前翼的相對氣流有效分速前翼的相對氣流有效分速大大，因而，因而阻力更大阻力更大，從而，從而產生方向穩定力矩。產生方向穩定力矩。后掠角在側滑中所產生方向穩定力矩后掠角在側滑中所產生方向穩定力矩第四章第四章 第第 頁頁59機身、背鰭和腹鰭的方向穩定力矩的產生機身、背鰭和腹鰭的方向穩定力矩的產生 機身，以及背鰭和腹機身，以及背鰭和腹鰭也可以產生方向穩定鰭也可以產生方向穩定力矩。力矩。第四章第四章 第第 頁頁

25、60方向阻尼力矩的產生方向阻尼力矩的產生方向阻尼力矩主要由垂尾產生。方向阻尼力矩主要由垂尾產生。 飛機轉動的過程中，垂尾處出現附加的側向氣流飛機轉動的過程中，垂尾處出現附加的側向氣流速度分量，導致垂尾出現側力，側力形成的力矩起速度分量，導致垂尾出現側力，側力形成的力矩起到阻礙轉動的作用，稱方向阻尼力矩。到阻礙轉動的作用，稱方向阻尼力矩。垂尾側力垂尾側力轉動方向轉動方向阻尼力矩阻尼力矩相對氣流相對氣流垂尾運動方向垂尾運動方向第四章第四章 第第 頁頁61第四章第四章 第第 頁頁622 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性飛機的橫側穩定性飛機

26、的橫側穩定性飛機的側向穩定性飛機的側向穩定性飛機穩定性的影響因素飛機穩定性的影響因素第四章第四章 第第 頁頁63 飛機的橫側穩定性，指的是飛行中，飛機受微小飛機的橫側穩定性，指的是飛行中，飛機受微小擾動以至擾動以至橫側平衡遭到破壞橫側平衡遭到破壞，在擾動消失后，飛機，在擾動消失后，飛機自自動趨向恢復原平衡狀態動趨向恢復原平衡狀態的特性。的特性。4.2.4 飛機的橫側穩定性飛機的橫側穩定性什么是橫側穩定性什么是橫側穩定性第四章第四章 第第 頁頁64l 主要橫側穩定力矩的產生主要橫側穩定力矩的產生側力側力橫側穩定力矩橫側穩定力矩主要由側滑中機翼的主要由側滑中機翼的上反角上反角和和后掠角后掠角產生。

27、產生。第四章第四章 第第 頁頁65 上反角情況下，側滑前翼的迎角更大，升力大于側滑上反角情況下，側滑前翼的迎角更大，升力大于側滑后翼的升力，從而產生繞縱軸的橫側穩定力矩。后翼的升力，從而產生繞縱軸的橫側穩定力矩。上反角產生的橫側穩定力矩上反角產生的橫側穩定力矩第四章第四章 第第 頁頁66 側滑前翼的升力大于側滑后側滑前翼的升力大于側滑后翼的升力，是翼的升力，是機翼能夠具有機翼能夠具有橫橫側穩定性必要條件側穩定性必要條件。 后掠角產生的橫側穩定力矩后掠角產生的橫側穩定力矩 后掠角情況下，側滑前翼的有效分速大，因而升力大后掠角情況下，側滑前翼的有效分速大，因而升力大于側滑后翼的升力，從而產生橫側穩

28、定力矩。于側滑后翼的升力，從而產生橫側穩定力矩。第四章第四章 第第 頁頁67 其他橫側穩定力矩的產生其他橫側穩定力矩的產生 機翼上下位置機翼上下位置和和垂尾垂尾也能夠使機翼產生橫側穩定力矩。也能夠使機翼產生橫側穩定力矩。第四章第四章 第第 頁頁68上單翼飛機橫側穩定性強上單翼飛機橫側穩定性強下單翼飛機橫側穩定性弱下單翼飛機橫側穩定性弱機翼上下位置的影響機翼上下位置的影響第四章第四章 第第 頁頁69 垂尾產生的橫側穩定力矩垂尾產生的橫側穩定力矩 側滑中，垂尾產生的側力對重心形成的滾轉力矩也是橫側滑中，垂尾產生的側力對重心形成的滾轉力矩也是橫側穩定力矩。側穩定力矩。垂尾側力垂尾側力側滑方向側滑方向

29、側力力臂側力力臂第四章第四章 第第 頁頁70橫側阻尼力矩的產生橫側阻尼力矩的產生飛機的橫側阻尼力矩主要由機翼產生。飛機的橫側阻尼力矩主要由機翼產生。 飛機在受擾后的轉動過程中，由于機翼存在附加飛機在受擾后的轉動過程中，由于機翼存在附加上、下氣流分量，使兩翼迎角不等，從而導致兩翼升上、下氣流分量，使兩翼迎角不等，從而導致兩翼升力不等，這一阻尼力矩對飛機轉動起阻礙作用。力不等，這一阻尼力矩對飛機轉動起阻礙作用。滾轉方向滾轉方向阻尼力矩方向阻尼力矩方向第四章第四章 第第 頁頁71滾轉附加滾轉附加氣流速度氣流速度滾轉附加滾轉附加氣流速度氣流速度上揚機翼迎角上揚機翼迎角減小減小下沉機翼迎角下沉機翼迎角增

30、大增大滾轉對兩翼迎角的影響滾轉對兩翼迎角的影響第四章第四章 第第 頁頁722 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性飛機的橫側穩定性飛機的橫側穩定性飛機的側向穩定性飛機的側向穩定性飛機穩定性的影響因素飛機穩定性的影響因素第四章第四章 第第 頁頁73飛機的側向穩定性飛機的側向穩定性飛機的方向穩定性與橫側穩定性是相互耦合的，飛機的方向穩定性與橫側穩定性是相互耦合的，飛機的飛機的方向穩定性方向穩定性和和橫側穩定性橫側穩定性的總和，叫的總和，叫側向穩定性側向穩定性 側向擾動運動由兩種非周期模態（側向擾動運動由兩種非周期模態（滾轉模態滾轉模態和和盤

31、盤旋下降模態旋下降模態）和一個振蕩模態（）和一個振蕩模態（飄擺模態飄擺模態）組成。）組成。第四章第四章 第第 頁頁74滾轉模態滾轉模態 飛機在受側向飛機在受側向擾動初期擾動初期，主要表現出飛機，主要表現出飛機的的滾轉角速度和機翼坡度的迅速變化滾轉角速度和機翼坡度的迅速變化，這種迅，這種迅速衰減的滾轉阻尼運動，就是速衰減的滾轉阻尼運動，就是滾轉模態滾轉模態第四章第四章 第第 頁頁75飄擺模態飄擺模態 飛機受擾左傾斜飛機受擾左傾斜左側滑，若橫側穩定性強左側滑，若橫側穩定性強飛機迅飛機迅速改平坡度；方向穩定性弱速改平坡度；方向穩定性弱飛機左偏的速度慢，未等飛機左偏的速度慢，未等左側滑消除，飛機又帶右

32、坡度左側滑消除，飛機又帶右坡度右側滑。右側滑。飛機的橫側穩定性過強而方向穩定性過弱，易產生飄擺。飛機的橫側穩定性過強而方向穩定性過弱，易產生飄擺。滾轉阻尼運動基本結束之后滾轉阻尼運動基本結束之后第四章第四章 第第 頁頁76飄擺飄擺 飄擺的危害性在于：飄擺震蕩飄擺的危害性在于：飄擺震蕩周期只有幾秒周期只有幾秒，修正，修正飄擺超出了人的反應能力，修正過程中極易造成推波飄擺超出了人的反應能力，修正過程中極易造成推波助瀾，加大飄擺。助瀾，加大飄擺。 正常情況下，飄擺半衰期很短，但當正常情況下，飄擺半衰期很短，但當方向穩定性和方向穩定性和橫側穩定性不協調時橫側穩定性不協調時，易使飄擺，易使飄擺半衰期延長

33、半衰期延長甚至不穩甚至不穩定，嚴重危及安全。定，嚴重危及安全。 大型運輸機在高空和低速飛行時由于穩定性發生變大型運輸機在高空和低速飛行時由于穩定性發生變化化易發生飄擺易發生飄擺。因此廣泛使用。因此廣泛使用飄擺阻尼器飄擺阻尼器。第四章第四章 第第 頁頁77盤旋下降模態盤旋下降模態 飛機受擾左傾斜飛機受擾左傾斜左側滑，若橫側穩定性弱左側滑，若橫側穩定性弱飛機飛機改平坡度慢；方向穩定性強改平坡度慢；方向穩定性強飛機左偏的速度快飛機左偏的速度快 快快速左偏導致右翼升力大速左偏導致右翼升力大 飛機飛機難于改平左坡度。飛機飛機難于改平左坡度。最終導致飛機進入緩慢的盤旋下降過程，稱最終導致飛機進入緩慢的盤旋

34、下降過程，稱螺旋不穩螺旋不穩定定。 螺旋不穩定的螺旋不穩定的周期較大周期較大，但對飛行安全不構成威脅，但對飛行安全不構成威脅，飛機設計中允許出現輕度的螺旋不穩定。飛機設計中允許出現輕度的螺旋不穩定。 飛機的飛機的橫側穩定性過弱橫側穩定性過弱而而方向穩定性過強方向穩定性過強，易產生，易產生螺螺旋不穩定旋不穩定。側向擾動運動的后期：側向擾動運動的后期：第四章第四章 第第 頁頁78第四章第四章 第第 頁頁79脈沖氣脈沖氣流沖擊流沖擊螺旋運動，表現為飛螺旋運動，表現為飛機高度和半徑的變換，機高度和半徑的變換，允許輕度不穩定。允許輕度不穩定。飄擺運動，表現為坡度飄擺運動，表現為坡度與側滑角的交替變化，與

35、側滑角的交替變化，必須有合適的半衰期。必須有合適的半衰期。橫側動穩定性橫側動穩定性飛機橫側擾動運動的時間響應歷程分析。飛機橫側擾動運動的時間響應歷程分析。第四章第四章 第第 頁頁802 2、飛機的穩定性、飛機的穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性飛機的方向穩定性飛機的方向穩定性飛機的橫側穩定性飛機的橫側穩定性飛機的側向穩定性飛機的側向穩定性飛機穩定性的影響因素飛機穩定性的影響因素第四章第四章 第第 頁頁81重心的位置重心的位置速度速度速度增大，穩定性越強速度增大，穩定性越強（阻尼力矩增大）（阻尼力矩增大）。大迎角飛行大迎角飛行 影響飛機穩定性的因素影響飛機穩定性的因素高度變化高度變化 飛機穩

36、定性的強弱，一般用飛機穩定性的強弱，一般用擺動衰減時間擺動衰減時間、擺動擺動幅度幅度、擺動次數擺動次數來衡量。來衡量。第四章第四章 第第 頁頁82重心位置靠前，飛機的重心位置靠前，飛機的俯仰穩定性越強俯仰穩定性越強。重心位置靠前，飛機的重心位置靠前，飛機的方向穩定性有所增加方向穩定性有所增加，但不明顯。，但不明顯。重心位置前后移動，重心位置前后移動，對橫側穩定性無影響對橫側穩定性無影響。重心重心焦點焦點重心的位置重心的位置第四章第四章 第第 頁頁83速度速度飛機擺動衰減時間的長短取決于飛機的阻尼力矩。飛機擺動衰減時間的長短取決于飛機的阻尼力矩。在同一高度上，在同一高度上，阻尼力矩與速度成正比阻

37、尼力矩與速度成正比。速度增大，速度增大，穩定性越強穩定性越強（阻尼力矩增大）（阻尼力矩增大）。第四章第四章 第第 頁頁84飛行高度飛行高度相同當量空速相同當量空速擾動氣流擾動氣流速度相同速度相同擾動氣流擾動氣流速度速度高空高空低空低空飛行真空速飛行真空速飛行真空速飛行真空速合速度合速度相對氣流相對氣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，相同當量空速下，同樣擾動氣流速度，相同當量空速下，同樣擾動氣流速度，飛機飛機受影響更小受影響更小。 但在高空由于但在高空由于阻尼力矩小阻尼力矩小，飛機擺動的，飛機擺動的衰減時間長，衰減時間長，穩定性減弱穩定性減弱。 第四章第四章 第第

38、 頁頁85 飛機受擾左傾，左飛機受擾左傾，左翼下沉，迎角增大，右翼下沉，迎角增大，右翼上揚，迎角減小。若翼上揚，迎角減小。若受擾前在臨界迎角附近受擾前在臨界迎角附近，就可能導致迎角大，升就可能導致迎角大，升力反而小，從而導致橫力反而小，從而導致橫側阻尼力矩方向改變，側阻尼力矩方向改變，飛機進一步左傾，出現飛機進一步左傾，出現機翼自轉現象機翼自轉現象。下沉側，迎角增大，下沉側，迎角增大，升力減小升力減小上揚側，迎角減小，上揚側，迎角減小，升力增大升力增大大迎角飛行大迎角飛行第四章第四章 第第 頁頁86飛機的穩定性分析飛機的穩定性分析飛機的穩定性是飛機本身應具有的一種特性。飛機的穩定性是飛機本身應

39、具有的一種特性。飛機的的穩定性是相對的、有條件的。飛機的的穩定性是相對的、有條件的。飛行員不能完全依賴飛機的穩定性，而必須主飛行員不能完全依賴飛機的穩定性，而必須主動、及時地對飛機實施操縱。動、及時地對飛機實施操縱。第四章第四章 第第 頁頁87本章主要內容本章主要內容4.1 飛機的平衡飛機的平衡4.2 飛機的穩定性飛機的穩定性4.3 飛機的操縱性飛機的操縱性4.3 飛機的操縱性飛機的操縱性第四章第四章 第第 頁頁89操縱性的定義：操縱性的定義： 飛機的操縱性是指飛機在飛行員操縱飛機的操縱性是指飛機在飛行員操縱升降舵升降舵、方方向舵向舵和和副翼副翼下改變其飛行狀態的特性。下改變其飛行狀態的特性。

40、俯仰操縱性俯仰操縱性方向操縱性方向操縱性橫側操縱性橫側操縱性第四章第四章 第第 頁頁90操縱性的主要研究內容：操縱性的主要研究內容： 飛行狀態的改變飛行狀態的改變與與桿舵行程和桿舵力大小桿舵行程和桿舵力大小之間的基之間的基本關系，本關系，飛機反應快慢以及影響因素飛機反應快慢以及影響因素等。等。第四章第四章 第第 頁頁914.3.1 飛機的俯仰操縱性飛機的俯仰操縱性 飛機的俯仰操縱性是指飛行員飛機的俯仰操縱性是指飛行員操縱駕駛盤偏轉升操縱駕駛盤偏轉升降舵降舵后，后，飛機繞橫軸轉動飛機繞橫軸轉動而而改變其迎角改變其迎角等飛行狀態等飛行狀態的特性。的特性。第四章第四章 第第 頁頁92衡量的指標衡量的

41、指標n為使飛機改變一定的飛行狀態所需偏轉為使飛機改變一定的飛行狀態所需偏轉的舵面角度（或駕駛桿行程）的多少的舵面角度（或駕駛桿行程）的多少n為使飛機改變一定的飛行狀態所需施加為使飛機改變一定的飛行狀態所需施加的駕駛桿力大小的駕駛桿力大小n舵面偏轉后，飛行狀態改變的快慢，也舵面偏轉后，飛行狀態改變的快慢，也就是，飛機對駕駛桿操縱的反應如何就是，飛機對駕駛桿操縱的反應如何第四章第四章 第第 頁頁93拉桿拉桿升降舵上偏升降舵上偏附加向下升力附加向下升力直線飛行中改變迎角的基本原理直線飛行中改變迎角的基本原理第四章第四章 第第 頁頁94 平尾上的向下附加升力會打破原有俯仰平衡，使飛平尾上的向下附加升力

42、會打破原有俯仰平衡，使飛機抬頭。機抬頭。直線飛行中改變迎角的基本原理直線飛行中改變迎角的基本原理機頭向上機頭向上升降舵上偏升降舵上偏向下氣動力向下氣動力機尾向下機尾向下后拉桿后拉桿第四章第四章 第第 頁頁95重心重心焦點焦點操縱力矩操縱力矩穩定力矩穩定力矩俯仰操縱力矩俯仰操縱力矩= =俯仰穩定力矩俯仰穩定力矩直線飛行中改變迎角的基本原理直線飛行中改變迎角的基本原理第四章第四章 第第 頁頁96 直線飛行中，駕駛盤前后的每一個位置（或升降直線飛行中，駕駛盤前后的每一個位置（或升降舵偏角）對應著一個迎角。一個迎角對應一個速度。舵偏角）對應著一個迎角。一個迎角對應一個速度。 駕駛盤位置越靠后，升降舵上

43、偏角越大，對應的駕駛盤位置越靠后，升降舵上偏角越大，對應的迎角也越大。反之，駕駛盤位置越靠前，升降舵下偏迎角也越大。反之，駕駛盤位置越靠前，升降舵下偏角越大，對應的迎角也越小。角越大，對應的迎角也越小。結論結論第四章第四章 第第 頁頁97迎角與速度關系迎角與速度關系 直線飛行中，一個迎角對應一個速度，大速度對直線飛行中，一個迎角對應一個速度，大速度對應小迎角，小速度對應大迎角。應小迎角，小速度對應大迎角。第四章第四章 第第 頁頁98 平飛中，升降舵偏角（即桿的前后位置）與速度平飛中，升降舵偏角（即桿的前后位置）與速度的關系是的關系是: 小速度時，升降舵上偏小速度時，升降舵上偏；隨著速度增加，升

44、降舵；隨著速度增加，升降舵減小上偏角，減小上偏角，大速度時，升降舵下偏大速度時，升降舵下偏。升降舵偏角與速度的關系升降舵偏角與速度的關系上偏上偏下偏下偏升降舵偏角升降舵偏角升降舵偏角（桿升降舵偏角（桿位置）曲線位置）曲線第四章第四章 第第 頁頁99 飛行員操縱駕駛盤，要施加一定的力，這個力簡飛行員操縱駕駛盤，要施加一定的力，這個力簡稱為桿力。稱為桿力。駕駛桿力駕駛桿力第四章第四章 第第 頁頁100 桿力的產生和影響因素桿力的產生和影響因素鉸鏈鉸鏈鉸鏈力矩鉸鏈力矩 舵面上鉸鏈力矩的產生舵面上鉸鏈力矩的產生: : 飛行員推桿后，升降舵下偏，升降舵上產生向上的飛行員推桿后，升降舵下偏，升降舵上產生向

45、上的空氣動力，對鉸鏈形成的力矩。空氣動力，對鉸鏈形成的力矩。第四章第四章 第第 頁頁101 桿力的產生桿力的產生: :M樞軸樞軸樞軸樞軸L舵舵由由M樞軸樞軸傳來的力傳來的力 鉸鏈力矩迫使升降舵和桿回到中立位，為保持舵偏鉸鏈力矩迫使升降舵和桿回到中立位，為保持舵偏角和桿位置不變，飛行員必須用一定力推桿才能平衡鉸角和桿位置不變，飛行員必須用一定力推桿才能平衡鉸鏈力矩。鏈力矩。 桿力的產生和影響因素桿力的產生和影響因素第四章第四章 第第 頁頁1024.3.2 飛機的方向操縱性（無滾轉）飛機的方向操縱性（無滾轉） 飛機的方向操縱性是指飛行員操縱飛機的方向操縱性是指飛行員操縱方向舵方向舵以后，以后，飛飛

46、機繞立軸偏轉而改變其側滑角機繞立軸偏轉而改變其側滑角等飛行狀態的特性。等飛行狀態的特性。第四章第四章 第第 頁頁103 垂直尾翼上的向右附加氣動力會打破原有方向平垂直尾翼上的向右附加氣動力會打破原有方向平衡，使飛機機頭左偏。衡，使飛機機頭左偏。飛行中改變側滑角的基本原理飛行中改變側滑角的基本原理第四章第四章 第第 頁頁104穩定力矩穩定力矩操縱力矩操縱力矩方向操縱力矩方向操縱力矩= =方向穩定力矩方向穩定力矩飛行中改變側滑角的基本原理飛行中改變側滑角的基本原理第四章第四章 第第 頁頁105 不帶滾轉的直線飛行中，每一個腳蹬位置對應著不帶滾轉的直線飛行中，每一個腳蹬位置對應著一個側滑角一個側滑角

47、。蹬右舵，飛機產生左側滑（機頭右偏）。蹬右舵，飛機產生左側滑（機頭右偏）。蹬左舵，飛機產生右側滑蹬左舵，飛機產生右側滑。 方向舵偏轉后產生方向鉸鏈力矩，飛行員需用力方向舵偏轉后產生方向鉸鏈力矩，飛行員需用力蹬蹬舵才能保持方向舵偏轉角不變。方向舵偏轉角越大，舵才能保持方向舵偏轉角不變。方向舵偏轉角越大，氣流動壓越大，蹬舵力越大。氣流動壓越大，蹬舵力越大。結論結論第四章第四章 第第 頁頁1064.3.3 飛機的橫側操縱性（無側滑）飛機的橫側操縱性（無側滑） 飛機的橫側操縱性是指飛行員飛機的橫側操縱性是指飛行員操縱副翼操縱副翼以后，以后，飛機飛機繞縱軸轉動而改變其滾轉角速度、坡度繞縱軸轉動而改變其滾

48、轉角速度、坡度等飛行狀態的等飛行狀態的特性。特性。第四章第四章 第第 頁頁107 兩個副翼上的不同升力差會打破原有橫側平衡，兩個副翼上的不同升力差會打破原有橫側平衡，使飛機開始滾轉。使飛機開始滾轉。飛行中不帶側滑的橫側操縱基本原理飛行中不帶側滑的橫側操縱基本原理第四章第四章 第第 頁頁108飛行中不帶側滑的橫側操縱基本原理飛行中不帶側滑的橫側操縱基本原理橫側操縱力矩橫側操縱力矩= =橫側阻尼力矩橫側阻尼力矩滾轉方向滾轉方向阻尼力矩方阻尼力矩方向向操縱力矩方向操縱力矩方向旋轉阻力旋轉阻力副翼升力作用副翼升力作用第四章第四章 第第 頁頁109n機翼氣動變形對橫側操縱的影響機翼氣動變形對橫側操縱的影

49、響 內側副翼內側副翼n擾流片對橫側操縱的作用擾流片對橫側操縱的作用第四章第四章 第第 頁頁110 不帶側滑的橫側操縱中，駕駛盤左右轉動的每個不帶側滑的橫側操縱中，駕駛盤左右轉動的每個位置都對應著一個穩定的滾轉角速度。位置都對應著一個穩定的滾轉角速度。 壓左盤，飛機左滾轉，壓右盤，飛機右滾轉。駕壓左盤，飛機左滾轉，壓右盤，飛機右滾轉。駕駛盤左右轉動的角度越大，滾轉的角速度就越大。駛盤左右轉動的角度越大，滾轉的角速度就越大。結論結論第四章第四章 第第 頁頁1114.3.4 方向操縱性和橫側操縱性的關系方向操縱性和橫側操縱性的關系第四章第四章 第第 頁頁112 蹬左舵，蹬左舵，機頭左偏機頭左偏，導致右側滑，側滑前翼升，導致右側滑，