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航空概论：飞机的平衡安定性和操纵性概述飞机的平衡安定性和操纵性是飞行器设计中最重要的问题之一。
正确的平衡和稳定性是确保飞机能够稳定飞行的关键，同时也保证了正确的操纵性，使飞机能够按照飞行员的意愿进行操作。
在本文中，我们将讨论什么是平衡和稳定性、如何设计一个平衡和稳定的飞机，以及如何操纵一个飞机。
飞机的平衡和稳定性飞机的重心和机翼的重心平衡是一架飞机在空中稳定飞行所需的基本条件之一。
为了保持平衡，飞机必须有一个正确的重心位置。
这个位置是在飞机中间的一个虚拟点，重力作用于这个点的位置使飞机保持平衡。
同时，飞机的机翼也有一个重心位置，这个重心位置是机翼所有部件的平均重心位置。
稳定性稳定性是指飞机在受到干扰之后能够自动回到原来的状态，从而保持飞行的状态。
稳定性是通过飞机的设计和材料选择来实现的。
飞机的稳定性可以分为静态稳定性和动态稳定性。
静态稳定性是指飞机在保持位置或姿态时的稳定性。
动态稳定性则指飞机对于干扰的快速反应能力。
设计一个平衡和稳定的飞机设计一个平衡和稳定的飞机需要考虑多个因素。
以下是一些参考：水平平衡设计者应该将水平平衡考虑在内，这样飞机才能在水平方向上保持平稳飞行。
水平平衡的几个主要元素包括下列部分：•重心：飞机的重心必须位于机翼重心的前方，这样才保证飞机保持稳定。
•机毂和发动机位置：机毂和发动机位置的不同会影响飞机的平衡。
•垂直尾翼：垂直尾翼能够帮助调整飞机的平衡。
垂直平衡设计者同样应该考虑垂直平衡的问题。
以下是设计者应该考虑的因素：•高度舵面：高度舵面能够帮助飞机在垂直方向上保持平稳飞行。
•垂直尾翼：与水平平衡类似，垂直尾翼也能够帮助调整飞机的平衡。
•重心：这里的重心是指沿着飞行器纵向的重量分布情况。
设计者必须考虑飞机的质心位置和操纵重心位置之间的关系。
机翼的大小和形状机翼的大小和形状会影响飞机的稳定性。
机翼面积越大，飞机的稳定性就越好，但是机翼越大，飞机的重量也会增加，从而影响飞机的性能。
内内容容绪言绪言7.1 静稳定力矩7.3 定常直线飞行时的飞机平衡特性7.6 定常拉升飞行时的飞机平衡特性小结研究的问题研究的问题::飞机作对称定直对称定直曲线曲线飞行飞行时作用在飞机上的纵向力矩及其如何实纵向力矩及其如何实现平衡。
现平衡。
1 纵向力矩的计算、如何来实现配平:2 平衡状态由于外界扰动外界扰动而被破坏时飞机恢复原状态的趋势3 从一平衡状态到另一平衡状态操纵面操纵面偏转偏转和驾驶杆力的驾驶杆力的最终变化最终变化平衡平衡::指状态参数不随时间变化的飞行。
如定常直线飞行、正常盘旋等。
稳定性稳定性::飞机受到外界扰动后自动恢复原来平衡状态的能力。
操纵性操纵性::飞机在驾驶员的操纵下从一种飞行状态过渡到另一种飞行状态的能力。
包括稳态增量和瞬态过程。
稳定性与操纵性的概念静稳定静稳定假定飞机初始作定常直线飞行外力、外力矩平衡若受到某种外界瞬瞬时扰动时扰动作用后具有自动恢复自动恢复到原来平衡状态的初始趋势初始趋势则称飞机是静稳定静稳定的静不稳定静不稳定在外界瞬时扰动作用后若飞机存在力图扩大偏离平衡状态的初始趋势则称飞机是静不稳定静不稳定的中立静稳定中立静稳定若外界瞬时扰动作用后既无扩大无扩大、又无恢复无恢复原来平衡状态的初始趋势则称为中立静稳定中立静稳定。
静稳定性的概念内内容容绪言7.1 7.1 静稳定力矩静稳定力矩7.3 定常直线飞行时的飞机平衡特性7.6 定常拉升飞行时的飞机平衡特性小结内内容容7.1 静稳定力矩7.1.1 7.1.1 静稳定力矩的组成静稳定力矩的组成7.1.2 定速静稳定性7.1.3 速度静稳定性7.1.4 定载静稳定性静稳定力矩静稳定力矩::指飞行迎角所引起的那部分俯仰力矩。
静稳定力矩的组成静稳定力矩的组成::1.1. 机翼部分机翼部分压心压心气动合力的作用点随迎角而变它不通过机翼的质心焦点焦点机翼上存在的特殊点当迎角变化时气动力对该点的力矩零升力矩始终保持不变。
它是迎角变化时升力增量升力增量的作用点。
航空概论：飞机的平衡安定性和操纵性飞机的平衡安定性和操纵性是航空学中极为重要的概念。
本文将介绍这两个概念的含义以及与之相关的基本法则和理论模型。
飞机的平衡静态平衡静态平衡是指在飞机静止时，重心与升力的作用线，以及扭矩的平衡关系。
如果这些关系得到满足，那么静态平衡就得以实现。
一般来说，飞机的重心应该位于飞机各个机身部件的重心重合点上方，在这种情况下，飞行员就可以轻松地控制飞机飞行。
当然，在设计飞机的过程中，设计师需要充分考虑飞机的重心位置，确保其能够实现最大程度的安全性和机动性。
动态平衡动态平衡是指在飞机运动时，飞机的各个部件始终处于平衡状态，以实现稳定的飞行。
动态平衡包括长周期运动和短周期运动，其中长周期运动指的是飞机在俯仰和纵倾方向上的运动，短周期运动则是飞机在横滚方向上的运动。
飞机的安定性飞机的安定性是指在特定的条件下，飞机能够以稳定的方式飞行。
稳定飞行有重要的应用，特别是在长时间的飞行或战斗操作中。
飞机的稳定性保证了飞行员和机组人员的安全。
飞机的操纵性飞机的操纵性是指飞行员控制飞机进行特定力学操作的能力。
操纵性与飞机的设计密切相关，因为可以进行不同的机构和材料选择，以改善或限制飞机和机组人员的响应速度。
飞机平衡安定性和操纵性的影响因素下面是一些影响飞机平衡安定性和操纵性的因素：1.机翼和无尾天线的尺寸和形状2.飞行员和机组人员的响应速度和技能水平3.飞机的机身重心位置和重量分布情况4.飞机的发动机和推进器的性能和效率5.飞行环境的风速、气压、湍流状况等飞机平衡安定性和操纵性在航空学中非常重要。
对于设计师和飞行员来说，了解这些基本原理和规律是至关重要的，这有助于他们更好地理解和应对不同的飞行条件和飞机应用。
内容绪言8.1 横侧静稳定性8.5 横侧静操纵性小结本章作业：8.1；8.2 ；8.41.横侧运动的定义飞机的非对称运动，包括飞机质心的侧向移动（侧滑），绕轴的滚转和偏航转动运动。
2.横侧运动与纵向运动的差异（1）纵向运动：只绕一根轴转动（大迎角运动除外）；（2）横侧运动：气动力和力矩耦合：即侧滑角、滚转角速度和偏航角速度都同时产生侧力、滚转力矩和偏航力矩。
横航向变量均产生横向和航向的力和力矩！ 横侧操纵耦合副翼：主要产生滚转力矩、较大的偏航力矩、所产生的侧力可略去；方向舵：产生侧力、偏航力矩、也产生滚转力矩。
9不能将飞机的横向和航向运动分开考虑，不能仅考虑横向运动或航向运动。
3.配平（1）纵向运动：操纵变量（升降舵和油门）均需操纵，运动变量有配平值；（2）横侧运动：定常直线飞行时，所有的横侧运动变量、力和力矩都为零，不存在基本配平问题。
内容绪言8.1 横侧静稳定性8.5 横侧静操纵性小结8.1.1偏航静稳定力矩及航向静稳定性1.偏航静稳定力矩由侧滑角引起的飞机航向力矩。
2.航向静稳定性飞机在平衡状态下受到外界非对称瞬时扰动，产生小的侧滑，则飞机产生右偏航力矩，使飞机机头向右偏，以减小的趋势，称飞机在原平衡状态具有航向静稳定性。
否则，则为航向静不稳定。
设:如果:则:故:0n C β>飞机能自动改变机头指向消除侧滑,称为航向静稳定性或风标静稳定性V Δβ>00n C Δ>航向静稳定性判据用平衡点处的偏航力矩系数的导数作为判据：偏航静稳定；偏航静不稳定；偏航中立静稳定。
3.影响航向静稳定性的飞机部件:机身作用β>0:C<0N < 0—机身为航向静不稳定部件小RCS和航向静不稳定性。
垂尾作用β>0:C< 0L< 0N>0β>0主要的航向静稳定部件；一般通过调节垂尾容积（必要时加背鳍、腹鳍）改变；运输机改装预警机时增加二片腹鳍。
4.影响因素分析—大迎角气动特性限制：机翼和机身涡流对飞机尾部的影响，的值会减小。
内容绪言8.1 横侧静稳定性8.5 横侧静操纵性小结本章作业：8.1；8.2 ；8.41.横侧运动的定义飞机的非对称运动，包括飞机质心的侧向移动（侧滑），绕轴的滚转和偏航转动运动。
2.横侧运动与纵向运动的差异（1）纵向运动：只绕一根轴转动（大迎角运动除外）；（2）横侧运动：气动力和力矩耦合：即侧滑角、滚转角速度和偏航角速度都同时产生侧力、滚转力矩和偏航力矩。
横航向变量均产生横向和航向的力和力矩！ 横侧操纵耦合副翼：主要产生滚转力矩、较大的偏航力矩、所产生的侧力可略去；方向舵：产生侧力、偏航力矩、也产生滚转力矩。
9不能将飞机的横向和航向运动分开考虑，不能仅考虑横向运动或航向运动。
3.配平（1）纵向运动：操纵变量（升降舵和油门）均需操纵，运动变量有配平值；（2）横侧运动：定常直线飞行时，所有的横侧运动变量、力和力矩都为零，不存在基本配平问题。
内容绪言8.1 横侧静稳定性8.5 横侧静操纵性小结8.1.1偏航静稳定力矩及航向静稳定性1.偏航静稳定力矩由侧滑角引起的飞机航向力矩。
2.航向静稳定性飞机在平衡状态下受到外界非对称瞬时扰动，产生小的侧滑，则飞机产生右偏航力矩，使飞机机头向右偏，以减小的趋势，称飞机在原平衡状态具有航向静稳定性。
否则，则为航向静不稳定。
设:如果:则:故:0n C β>飞机能自动改变机头指向消除侧滑,称为航向静稳定性或风标静稳定性V Δβ>00n C Δ>航向静稳定性判据用平衡点处的偏航力矩系数的导数作为判据：偏航静稳定；偏航静不稳定；偏航中立静稳定。
3.影响航向静稳定性的飞机部件:机身作用β>0:C<0N < 0—机身为航向静不稳定部件小RCS和航向静不稳定性。
垂尾作用β>0:C< 0L< 0N>0β>0主要的航向静稳定部件；一般通过调节垂尾容积（必要时加背鳍、腹鳍）改变；运输机改装预警机时增加二片腹鳍。
4.影响因素分析—大迎角气动特性限制：机翼和机身涡流对飞机尾部的影响，的值会减小。
—飞行速度限制：由于垂尾和机身的弹性变形，随飞行速度的增大而减小。
米格21飞机的最大使用速度(M<2.05)就受航向静稳定性要求的限制，否则将出现航向静稳定性不足的现象。
现代超声速飞机采用双立尾，增加航向静稳定性，又减小RCS 。
5.航向静稳定性与纵向静稳定性的差别—纵向静稳定性是指恢复到原状态的趋势。
—航向静稳定性并不能保证飞机在受到侧风扰动时，自动保证其固有的航向。
相反，它使飞机偏向侧风方向，故又称为“风标静稳定性”。
8.1.2横向静稳定力矩及横向静稳定性1.横向静稳定力矩由侧滑角引起的飞机横向力矩。
2.横向静稳定性飞机在平衡状态下受到外界非对称瞬时扰动，产生小的左倾斜，升力和重力的合力作用使飞机向左侧滑，，飞机产生右滚力矩，具有减小，使飞机保持机翼水平的趋势，称飞机在原平衡状态具有横向静稳定性。
否则，为横向静不稳定。
设:如果:则:横向静稳定性Δϕ→0ΔL <0Δβ> 0W sin ΔϕΔϕ侧滑为中介 飞机能通过侧滑消除倾斜。
称为横向静稳定性或上反效应非通常意义的静稳定性横向静稳定性判据用平衡点处的滚转力矩系数的导数作为判据：横向静稳定:横向静不稳定:横向中立静稳定:不要误认为是，滚转力矩不是滚转角的函数。
=0垂尾作用β>0:C < 0L< 0N >0β>0—主要的横向静稳定部件，约占全机横向静稳定性的1/2—一般通过调节垂尾容积（必要时加背鳍、腹鳍？）改变3.影响横向静稳定性的飞机部件:n 左β>0:C ≈0L < 0N >0—机翼后掠产生横向和航向静稳定作用。
但后掠角一般由升阻特性决定。
—机翼前掠对横向静稳定性的作用?β>0:C ≈0L < 0N>0Δα> 0Δα< 0 (-)(+)ψβ—机翼上反产生横向和航向静稳定作用；—一般可通过调节上反角改变。
翼身干扰对于上单翼或高平尾，β>0:C≈0L< 0N≈0—机翼、平尾的上下位置由其他因素决定。
其与机身的干扰对横航向静稳定性有影响；—上单翼飞机一般不采用上反角。
(+)(-)结论与分析侧滑不大时，C l‾β、C n‾β呈线性关系 影响全机横航向静稳定性导数侧力部件：机身+垂尾立面在飞机重心上？下？ 横向静稳定导数：机翼（后掠角、上反角、上单翼）+垂尾 航向静稳定导数：机身+垂尾立面在飞机重心前？后？内容绪言8.1 横侧静稳定性8.5 横侧静操纵性小结1、静操纵性研究飞机在平衡状态时所需施加的操纵量。
飞机稳态时操纵变量与飞行状态变量间的关系。
绪言设:则:右副翼下偏左副翼上偏2、副翼操纵规律δa > 0(+)(-)驾驶员向左压杆飞机往左滚转。
飞机往左滚，向右偏航，称为副翼反偏航。
右偏航产生左侧滑（），产生正的滚转力矩，与副翼的滚转力矩相反？方向舵右偏驾驶员右蹬舵，飞机往右偏转。
设:则:9方向舵效能在超声速、大迎角或大偏转时亦下降；弹性变形同样具有不利影响。
3、方向舵的操纵规律δr<04、什么情况需操纵方向舵？不对称推力（如单发停车）遭遇侧风、转弯飞行时，飞机会受到偏航力矩，需操纵方向舵来消除；利用方向舵偏转产生侧滑运动，以增大飞行阻力，增加下滑角。
8.5.1定直侧滑飞行的平衡和静操纵性ϕW W cos ϕW sin ϕ1.定直侧滑飞行侧滑产生侧力和横航向力矩，将由副翼和方向舵偏转产生的力和力矩及倾斜飞机获得重力在侧向的分量，从而得到平衡。
sin 000r a r a r C C r W L L a L r N N a N r βδβδδβδδβδφβδδβδδ⎫++=⎪++=⎬⎪++=⎭（1）平衡关系为什么没有p 、r 产生的力矩？由航向和横向运动共同配平？大小通过简化处理，当给定侧滑角时，则可求得：（2）结论讨论从上式可见，定直侧滑飞行中所需的副翼和方向舵偏角、以及滚转角均与成正比；将上述关系式绘成的曲线，称为横侧操纵面偏角平衡曲线。
（3）静操纵性指标讨论（飞行品质规定） 蹬右方向舵（后缘向右偏、）应产生左侧滑，即；压左副翼杆，右副翼往下偏，左副翼往上偏（为正），右翼升力大，阻力大，机头向右偏，产生左侧滑，即。
飞机右滚转时，则右侧滑角增加，即静稳定性与静操纵性间的关系：由上式分别求导可得：（3）静操纵性指标讨论（飞行品质规定）1 2 3<0 >0 >0由于，要满足飞行品质规定的和的要求，必须满足：根据静操纵性的要求（飞行品质规定）飞机具有航向静稳定性；横向静稳定性要有一定的数值第三个条件是侧力条件，也是航向静稳定性要求，若第二条件成立，则自然成立。
2、侧风着陆:1tan (/)w d V V β−= 着陆飞机地速较小，对于一定风速，侧滑角较大，由定直侧滑的平衡关系，相应的副翼和方向舵偏角也较大。
当侧风风速Vw ≤10m/s 时，要求横侧操纵效能能保证飞机以定直侧滑的方式着陆。
0w V >机身顺跑道飞行d V a V 飞机着陆时如遇到相对跑道的侧风, 为使飞机机头对准跑道,则需带侧滑和倾斜的飞行。
ΔN T （1）定义：指多发飞机一侧发动机发生故障，造成推力左右不对称的飞行。
规范规定：出现非对称推力及相应的偏航力矩，飞机应能定直飞行。
（2）平衡关系：不对称推力引起的偏航力矩：T T 双发ΔN T （2）平衡关系：在式（8.32)中加进,可得到不对称推力下飞机的横侧平衡方程组:.nT C ⎬⎪+.(l r nT l r δδ−−−与飞机在侧风中着陆不同,在平衡关系中出现了与有关的常数项。
因此，这种平衡关系和静操纵特性与侧风着陆时有所不同；对于侧风着陆,飞行速度和侧风速度一定，就一定，由式（8.33)唯一确定。
对于不对称动力情况,给定后，式（8.40)中有四个变量和，因此配平解有无穷多解。
任意给定一个变量，就可确定其余三个变量。
可以选择有侧滑无滚转的配平，可选择无侧滑有滚转的配平，也可选择既有侧滑又有滚转的配平情形。
若朝着工作着的发动机一侧侧滑（左发停车，正侧滑），方向舵偏角会小一些；而朝着停车一侧滑，则方向舵偏角会增大。
对于多发飞机,低速飞行（起飞）时的严重不对称动力情况，作为考核验证方向舵操纵效能的一种典型情况。
ΔN T 若左侧发动机停车左侧滑？右侧滑？（2）分析：（1）定义：指飞机应具有单独使用方向舵操纵使其按应有的方向改变其倾斜姿态的能力。
即蹬左舵，飞机向左滚转；蹬右舵，飞机应向右滚转，否则则为“蹬舵反倾斜”现象。
蹬左舵左滚;βδr |L β|>|L δr|,蹬左舵飞机右滚（3）讨论：蹬舵反倾斜的现象实质上是对飞机横向静稳定性的要求；跨声速段飞行时，飞机立尾的作用效率会下降，飞机的横向静稳定性减小，故在跨声速段飞行时会出现蹬舵反倾斜的现象。
5、副翼反偏航现象（1）定义：副翼左右二边反对称偏转，如右副翼向下偏转，则飞机往左滚转。
此时，右副翼的升力增大，阻力也增大且大于左副翼的阻力，则飞机机头向右偏，产生左侧滑，左侧滑产生右滚转，对左滚转操纵不利。
(+)(-)（2）解决措施：扰流片：增加阻力小一边的阻力，二边阻力相等费里斯副翼：副翼上偏时(升力减小，阻力也减小)，前缘露在机翼表面之外，增加了上偏一边的阻力，达到阻力的平衡；差动副翼：上偏一边的偏角大于下偏一边的偏角。
6、副翼反效定义：副翼偏转产生附加载荷使机翼扭转变形，导致副翼效率下降。
当速压达到一定值时，副翼失效，失去滚转操纵能力。
当速度继续增大，达到临界速度（速压时），则出现滚转操纵反效现象。
即左压杆，产生右滚转。
则出现副翼反效现象。
小结横航向静稳定性定义√飞机构形和飞行状态对飞机横航向静稳定性的影响规律√方向舵和副翼的操纵定义定直侧滑飞行的平衡侧风着陆的平衡不对称推力的平衡。
