飞机的稳定性

第三章飞机的稳定性和操纵性飞机的稳定性在飞行中，飞机会经常受到各种各样的扰动，如气流的波动、发动机工作不稳定、飞行员偶然触动驾驶杆等。

这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态，而在偏离以后，飞机能否自动恢复原状，这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。

飞机的稳定性是飞机本身的一种特性，与飞机的操纵性有密切的关系。

例如，飞行员操纵杆、舵，需要用力的大小，飞机对杆、舵操纵的反应等，都与飞机的稳定性有关。

因此，研究飞机的稳定性是研究飞机操纵性的基础。

所谓飞机的稳定性，就是在飞行中，当飞机受微小扰动而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失以后，不经驾驶员操纵，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。

纵向稳定性飞机的纵向稳定性是指飞机绕横轴的稳定性。

当飞机处于平衡飞行状态时，如果有一个小的外力干扰，使它的攻角变大或变小，飞机抬头或低头，绕横轴上下摇摆(也称为俯仰运动)。

当外力消除后，驾驶员如果不操纵飞机，而靠飞机本身产生一个力矩，使它恢复到原来的平衡飞行状态，我们就说这架飞机是纵向稳定的。

如果飞机不能靠自身恢复到原来的状态，就称为纵向不稳定的。

如果它既不恢复，也不远离，总是上下摇摆，就称为纵向中立稳定的。

飞机的纵向稳定性也称为俯仰稳定性。

飞机的纵向稳定性由飞机重心在焦点之前来保证。

影响飞机纵向稳定性的主要因素有飞机的水平尾翼和飞机的重心位置。

下面，我们首先来看一下水平尾翼是如何影响飞机的纵向稳定性的。

当飞机以一定的攻角作稳定的飞行时，如果一阵风从下吹向机头，使飞机机翼的攻角增大，飞机抬头。

阵风消失后，由于惯性的作用，飞机仍要沿原来的方向向前冲一段路程。

这时由于水平尾翼的攻角也跟着增大，从而产生了一个低头力矩。

飞机在这个低头力矩作用下，使机头下沉。

经过短时间的上下摇摆，飞机就可恢复到原来的飞行状态。

同样，如果阵风从上吹向机头，使机头下沉，飞机攻角减小，水平尾翼的攻角也跟着减小。

这时水平尾翼上产生一个抬头力矩，使飞机抬头，经过短时间的上下摇摆，也可使飞机恢复到原来的飞行状态。

飞机的稳定性能飞机在空中飞行，要求纵向运动应具有静稳定性，即绕飞机横轴的运动静稳定性;而且也要求飞机绕横轴和竖轴运动也具有静稳定性。

从机头贯穿机身到机尾的轴叫纵轴（Ox轴），从左翼通过重心到右翼并与纵轴垂直的轴叫横轴（Oy轴）。

这两根轴同处在一个平面内，比如水平面内。

通过重心并和上述两根轴相垂直到轴叫竖轴（Oz轴）。

飞机在铅垂平面（即Oxz平面）内的运动，称为纵向运动；绕横轴Oy的转动叫俯仰运动；绕竖轴Oz的转动叫偏航运动；绕纵轴Ox的转动叫滚转运动。

为了满足飞机的纵向静稳定性，飞机焦点位置和飞机重心位置之间的关系必须满足ΔCm/ΔCL>0。

当飞机外形一定时，飞机焦点位置是确定的，反过来就要求在飞机使用过程中的重心位置必须位于允许重心变化的范围内才行。

重心的后限是由静稳定性要求确定的，它不能跑到飞机焦点位置的后面去。

重心也有前限，重心前移可以增加飞机的静稳定性，但并不是静稳定性越大越好。

例如，静稳定性过大，升降舵的操纵力矩就难以使飞机抬头增加迎角获得CL,max。

换句话讲，是操纵性要求限制了重心前限。

同要求飞机绕横轴的运动具有纵向静稳定性一样，要求飞机绕竖轴和纵轴运动也应具有静稳定性，并分别称为方向静稳定性和横向静稳定性。

飞机具有横向静稳定性是指处于纵向平衡状态的飞机，一旦受到外界的干扰，打破了原先对飞机纵轴的力矩平衡，产生绕纵轴Ox的倾斜角φ；当外界干扰消除后，飞机靠自身产生的一个恢复力矩，有自动减小倾斜角φ和恢复原先平衡的趋势。

保证飞机具有横向静稳定性的主要外形参数是机翼的后掠角和上反角。

跨声速或超声速飞机，为了减小激波阻力，大都采用了后掠角比较大的机翼，因此后掠角的横向静稳定性作用可能过大。

所以，可以采用下反角（负的上反角）的外形来削弱后掠机翼的横向静稳定性。

低、亚声速飞机大都为梯形直机翼，为了保证飞机的横向静稳定性要求，或多或少都有几度大小的上反角。

航空器的动态稳定性与控制在广袤的蓝天中，航空器自由翱翔。

然而，这看似轻松的飞行背后，隐藏着一系列复杂而关键的科学原理，其中航空器的动态稳定性与控制无疑是至关重要的方面。

要理解航空器的动态稳定性，首先得明白什么是稳定性。

简单来说，稳定性就是指物体在受到干扰后，是否能够恢复到原来的状态。

对于航空器而言，动态稳定性指的是其在飞行过程中，当受到气流变化、操纵输入或其他外部因素干扰时，能够自动趋向于恢复平衡状态的能力。

航空器的动态稳定性可以分为纵向稳定性、横向稳定性和方向稳定性。

纵向稳定性关乎飞机在俯仰方向上的稳定，也就是机头的上下运动。

比如，当飞机因为气流的影响而机头突然上仰时，如果飞机具有良好的纵向稳定性，它会自动产生一个恢复力矩，使机头重新回到水平位置。

横向稳定性则主要涉及飞机在滚转方向上的稳定，即机翼的左右倾斜。

方向稳定性则侧重于飞机在偏航方向上的稳定，也就是机头的左右转动。

这些稳定性的实现，离不开航空器自身的设计特点。

比如，机翼的形状、位置和面积，尾翼的大小和布局，机身的形状和重量分布等，都对稳定性有着重要的影响。

以机翼为例，上凸下平的形状使得气流在经过时产生压力差，从而产生升力。

同时，机翼的安装角度和位置也会影响飞机的稳定性。

如果机翼位置过高或过低，都可能导致稳定性变差。

控制，是实现和维持航空器稳定性的重要手段。

航空器的控制系统就像是驾驶员手中的“缰绳”，能够对飞机的姿态和运动进行精准的操控。

在现代航空器中，常见的控制面包括副翼、升降舵和方向舵。

副翼位于机翼的后缘，通过左右副翼的差动运动，可以实现飞机的滚转控制。

升降舵通常位于水平尾翼的后缘，用于控制飞机的俯仰运动。

方向舵则位于垂直尾翼的后缘，负责飞机的偏航控制。

除了这些传统的控制面，现代航空器还采用了一系列先进的控制技术。

比如电传操纵系统，它通过电子信号将驾驶员的操纵指令传递给控制面，相比传统的机械操纵系统，具有响应更快、精度更高、重量更轻等优点。

飞机保持安定性的原理是
飞机保持安定性的原理是通过多个因素共同作用实现的。

以下是具体的解释：
1.整体设计：飞机的外形和机翼的设计是为了保证稳定性。

通常来说，飞机的机身和机翼都会采用对称设计，使得飞机在飞行过程中受到的气动力平衡，保持稳定。

2.重心位置：飞机的重心位置对稳定性起到重要的作用。

重心是指飞机质心所在的位置。

通常来说，飞机的重心会位于机翼的中心线上，以实现纵向的静稳定。

如果重心过高或过低，会导致飞机在飞行过程中难以保持稳定。

3.实用的改进：飞机制造商和研发人员会不断研究和改进飞机的设计，以提高稳定性。

例如，他们可能会使用飞行控制系统来感知并自动调
整飞机的姿态，在飞行中保持稳定。

此外，他们还可能使用可调节的尾翼、可调节的机翼等技术手段来优化飞机的稳定性。

4.飞行控制系统：现代飞机通常配备了高级的飞行控制系统，如自动驾驶系统和电子稳定系统等。

这些系统可以感知飞机的状态并自动调整
机翼、尾翼和发动机的工作状态，以保持飞机的稳定。

5.飞行员的技能：飞行员的技能对飞机的稳定性和安全性至关重要。

他们需要具备一定的空中操纵能力，以保持飞机的平衡和稳定。

他们还需要根据飞机的状态和环境因素做出相应的调整和操作，以确保飞行的安全。

总结起来，飞机保持安定性的原理是通过飞机的整体设计、重心位置、实用的改进、飞行控制系统和飞行员的技能等因素的综合作用实现的。

这些因素相互配合，协调工作，确保飞机在飞行过程中保持稳定，达到安全飞行的目的。

飞行力学知识点总结一、飞行力学的基本概念1. 飞行力学的定义飞行力学是研究飞机在大气环境中的运动规律和飞行性能的科学学科。

它包括飞行动力学、飞行静力学和航向稳定性等内容。

2. 飞机的运动状态飞机的运动状态包括静止状态、匀速直线运动状态和加速直线运动状态等多种状态。

在进行飞机设计与分析时，需要充分考虑飞机在不同运动状态下的特性和性能。

3. 飞机的坐标系飞机通常采用本体坐标系和地理坐标系进行描述和分析。

本体坐标系是以飞机为参考物体建立的坐标系，用于描述和分析飞机内部的运动规律；地理坐标系是以地球表面为参考物体建立的坐标系，用于描述和分析飞机在大气中的运动规律。

4. 飞机的运动参数飞机的运动参数包括速度、加速度、位移、航向、倾角等多个参数，这些参数直接影响着飞机的飞行状态和性能。

二、风阻和升力1. 风阻的概念和特性风阻是飞机在飞行中受到的空气阻力，它随飞机速度和气动外形等因素变化。

风阻的大小直接影响飞机的燃油消耗和续航力。

2. 风阻的计算方法风阻的计算一般采用实验测定和理论计算相结合的方法，通过气动力学原理和风洞试验等手段来确定飞机在不同速度下的风阻系数和风阻大小。

3. 升力的概念和特性升力是飞机在飞行过程中所受到的向上的气动力，它是飞机能够在大气中持续飞行的重要保障。

升力的大小取决于飞机的气动外形、机翼面积和攻角等因素。

4. 升力的计算方法升力的计算一般采用理论推导和数值模拟相结合的方法，通过气动力学公式和实验数据来确定飞机在不同状态下的升力大小和升力系数。

三、飞机的稳定性和控制1. 飞机的平衡状态飞机的平衡状态包括静态平衡和动态平衡两种状态。

静态平衡是指飞机在静止状态下所处的平衡状态，动态平衡是指飞机在运动过程中所处的平衡状态。

2. 飞机的稳定性飞机的稳定性是指飞机在受到外界扰动时能够自动恢复到原来的平衡状态的能力。

飞机的稳定性直接影响着其飞行过程中的安全性和舒适性。

3. 飞机的控制系统飞机的控制系统包括飞行操纵系统、引擎控制系统和动力控制系统等多个部分，它们协同工作来保证飞机在飞行中能够保持稳定的运动状态和实现各种飞行任务。