飞机的平衡稳定性与操纵性

飞行原理/CAFUC，飞机的平衡、稳定性和机动性，第4章，飞机飞行状态的变化，归根结底，都是力量和扭矩的作用。飞机的平衡、稳定性和机动性是飞机在力和扭矩的作用下保持和改变飞机状态的基本原理。第4章，2章的主要内容，4.1飞机的平衡4.2飞机的稳定性4.3飞机的操纵性，第4章，3章，飞行原理/CAFUC，4.1飞机的平衡，4.1.1飞机的轴和重心，身体轴，第4章，5章，身体轴及其旋转，以及绕垂直轴(OX轴)旋转，以滚动，第4章，9节，重心，飞机特定部件，燃料，乘员，货物等重力的总和来判断，这称为飞机的重力。 飞机重力的焦点称为飞机重心。第4章，10，重心CG，飞机在空中运动总是可以分解为飞机的各个部分与飞机的质心一起移动，飞机的各个部分围绕重心旋转。重心、第4章、第11章、重心位置表达、重心的前后位置以该机翼的百分比表示重心从特定机翼弦投影到该机翼前部的距离。第4章、第12章、平均空气动力学代码(MAC)、虚拟矩形机翼的面积、空气动力学和俯仰特性与原始机翼相同。第4章，13章，几何中心、标准平均码(SMC)、平均空气动力学码(MAC)、质心的前后位置表示MAC将重心投影到该机翼正面的距离，以该机翼的百分比表示。标准平均弦等于机翼面积与机翼面积之比。第4章，14，飞机的平衡包括力量平衡和力矩平衡两个方面。本节仅分析每个力矩的平衡。飞机的平衡，相对水平轴(OZ轴)俯仰平衡相对水平轴(OY轴)方向平衡相对水平轴(OX轴)水平平衡，第4章，15，4.1.2飞机俯仰平衡飞机的俯仰平衡，作用于飞机的每个俯仰力矩之和为零，欢迎角度保持不变，第4章，16章，俯仰力矩主要取决于：机翼生成的俯仰力矩水平尾翼生成的俯仰力矩张力(或推力)产生的俯仰力矩，第4章，17章，机翼生成的俯仰力矩大小最终取决于飞机重心位置、攻击角度和飞机配置。通常，机翼产生向下力矩。但是，如果重心移动得更多，攻击角度大，则可能会产生向上力矩。由机翼产生的俯仰力矩，第4章，第18页，平尾产生的俯仰力矩，在正常飞行中，水平尾翼产生负向力，因此水平尾翼力矩是向上力矩。如果零度角大，也可能产生较低的力矩。第4章，19，水平尾翼上产生的俯仰力矩取决于机翼攻击角度、斜顶偏转角度和流向水平尾翼的气流速度。平面尾部产生的俯仰力矩，第4章，20，螺旋桨的拉力或引擎的推力，如果工作线没有通过飞机的质心，则还形成围绕重心的俯仰力矩。拉力引起的俯仰力矩，第4章，21，俯仰平衡条件：第4章，22，4.1.3飞机方向平衡飞机的方向平衡，作用于飞机的每个偏转力矩之和为零，侧向滑动角度保持不变或侧向滑动角度为零。第4章，23，侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。第4章，24章，偏转力矩主要为：2翼阻力引起的偏转力矩垂直应变力质心引起的偏转力矩双发或多机张力引起的偏转力矩，第4章，25，确保方向平衡条件：第4章，26，4.1.4飞机横向平衡飞机的横向平衡力作用于飞机的各转动力矩总和为零，坡度不变。第4，27章，转动力矩主要发生在：2翼升力的重心上，转动力矩螺旋桨反作用力矩质心的转动力矩，第4，28章，获得横向平衡的条件：第4章，影响29，4.1.5飞机平衡的主要因素，如何减去或减去加速装置关闭襟翼相反，松开襟翼后，下洗量增加，平尾负向力增加，平视力矩增大。第四章，第32页，起落架关闭，一方面飞机重心移动；另一方面，起落架附加阻力变化可能引起俯仰力矩的变化。4章、33节、变更重心位置、重心移动对机翼的螺距力矩有很大影响。第4章，第34页，保持俯仰平衡的主要方法，飞行员可以使用偏航器产生的俯仰操纵力矩来平衡俯仰力矩，从而保持俯仰平衡。第4章，35，由于一侧机翼变形，两侧阻力不同，两侧发动机工作状态不同，螺旋桨副作用等。影响方向平衡的主要因素，飞行员可以平衡偏转方向舵产生的方向操纵力矩，以保持方向平衡。第4章，36章，一侧机翼变形，升力差，节流变化，重心移动等。作为影响飞机水平侧平衡的因素，飞行员可以利用超高产生的水平侧力矩来平衡转动力矩，以保持水平侧平衡。第4章，37章，本章的主要内容，4.1飞机的平衡4.2飞机的稳定性4.3飞机的机动性，第4章，38章，飞行原理/CAFUC，4.2飞机的稳定性，飞机的稳定性意味着飞机偏离原始平衡状态后自动恢复到原始平衡状态的能力。俯仰稳定性方向稳定性横向稳定性，第4章，40，4.2.1稳定性概念和条件，当钟摆偏离原始平衡状态时，重力分力形成的扭矩力将钟摆返回到原始平衡位置。摆动还受到摆动过程中空气阻力引起的力矩作用。固定器的稳定性，挠曲摆是稳定的，因为稳定力矩和阻尼力矩的相互作用是稳定的。在这两个力矩的相互作用下，钟摆最终回到原来的平衡状态。第4章，41，在受干扰的运动中自动出现，试图将物体最终返回到原始平衡状态的瞬间，总是与运动方向相反的力矩称为阻尼力矩。如果物体受到扰动，偏离原来的平衡状态，它会自动出现，试图使物体返回原来的平衡状态，方向总是指向原来平衡位置的力矩称为稳定力矩。钟摆的稳定性分析，第4章，42，倒立摆的稳定性，倒立摆没有这两个力矩，因此不稳定。第4章，43章，具有静态稳定性和动态稳定性，扰动后稳定性力矩，返回原始平衡状态的趋势，物体被称为静态稳定性。研究扰动后物体初始响应问题的静态稳定性。第4章，44，静态稳定性和动态稳定性，扰动运动中出现阻尼力矩，最终使物体返回原始平衡状态，称物体运动。动态稳定性研究对象扰动运动的时间响应过程问题。第4，45章，飞机稳定性的定义是，如果飞机受到小扰动(包括阵风扰动和操纵扰动)，然后摆脱原始平衡状态，扰动消失，飞行员就不会进行任何操纵，飞机将自动恢复原始平衡状态(包括初始响应-静态稳定性问题和最终响应-动态稳定性问题)的特性。俯仰稳定性方向稳定性横向稳定性、第4、46章、飞机稳定性、飞机稳定性、飞机不稳定性、飞机中立稳定性、第4、47章、飞机俯仰稳定性、飞行中被小扰动和俯仰平衡破坏的飞机、扰动消失后，飞机倾向于自动恢复原始平衡状态的特性。，4.2.2飞机的俯仰稳定性，俯仰稳定性是什么，第4章，48，水平尾翼，正常布置的飞机的平尾安装角通常小于机翼的安装角。节距稳定力矩生成，节距稳定力矩主要由平面尾部生成，第4章，49章，节距稳定力矩主要由平面尾部生成，平尾可以生成节距稳定力矩，倾向于保持飞机的节距平衡。第4章，50，瞬时置乱头升力，俯仰稳定力矩，平尾生成俯仰稳定力矩，第4章，51，焦点和俯仰稳定力矩，飞机攻击角度变化时称为附加升力焦点。第4章，52章，确定焦点位置，第4章，53章，确定焦点位置，第4章，54章，确定焦点位置，a，b两点之间有一个点，当压力中心移动时，机翼的作用力在此点上的力矩大小保持不变。这一点就是焦点。通常，从机翼前缘到焦点的距离是机翼弦长的25%。第4章，55，焦点和俯仰稳定性力矩，仅在焦点位置位于飞机重心之后，飞机的俯仰稳定性，焦距越远，俯仰稳定性就越好。稳定性，不稳定性，第4章，56节，节距阻尼力矩的生成，节距阻尼力矩主要是平尾，第4章，57节，节距稳定性的确定，节距力矩系数曲线：节距力矩系数：第4章，58节，节距力矩系数曲线，节距力矩系数曲线的斜率为起点第4章，59章，节距力矩系数曲线，第4章页面，60，节距稳定性，节距稳定性分为长周期运动和短期。第4章，61，飞机的方向稳定性是指在飞行中，被小扰动或方向平衡破坏，扰动消失后，飞机自动返回原始平衡状态的倾向。4.2.3飞机的方向稳定性，什么是方向稳定性，第4章，62，方向稳定扭矩主要是在飞机侧滑时由垂直尾部引起的。主要方向稳定力矩生成，第4章，63章，垂直尾部引起的方向稳定力矩，第4章，64章，垂直尾部面积的影响，垂直尾部面积越大，方向稳定力矩越大。第4章、65章、机身、四分之一翼弦连接、上半角和后半角捕食者的设计等也可以在机翼上产生稳定的方向力矩。在不同方向产生稳定力矩，上半角，第四章页面，66，侧滑动中上半角的作用，上半角的存在，侧滑动前翼的迎角更大，因此阻力也更大。第4章，67，上半角为侧滑前的机翼迎角大，阻力大，产生方向稳定力矩。上半角在侧面滑动中产生的方向稳定力矩，第4章，68章，后捕食者的存在有效地分割了侧面滑动前翼的相对气流，从而产生了更大的阻力，产生了方向稳定力矩。第4章第69章，还有从侧面滑动产生的方向稳定力矩，包括机身、背鳍、腹鳍的方向稳定力矩、机身、背鳍和腹鳍产生方向稳定力矩。第4章，70，方向阻尼力矩生成，方向阻尼力矩主要在垂直尾部生成。在飞机旋转时，垂直尾部出现额外的横向气流速度分量，在垂直尾部产生横向力，由侧向力形成的扭矩起到阻碍旋转的作用，称为方向阻尼力矩。阻尼力矩，第4章，71，方向稳定性和侧滑角度，飞机的方向稳定性只能保持侧滑角度，可以保持飞机的航向不变，因此也称为风标志稳定性。丁字风向指示，第4，72章，飞机横向稳定性是指在飞行中，飞机被小扰动破坏，并被横向方向平衡破坏，扰动消失后，飞机自动恢复原始平衡状态的特性。4.2.4飞机的侧稳定性，什么是侧稳定性，第4章，73，主要侧稳定扭矩的生成，侧力，侧稳定扭矩主要发生在侧滑中机翼的上半角和后半捕食者角。，第4章，74，上半角情况下，侧面滑动前翼的迎角较大，升力大于侧面滑动后机翼的升力，因此围绕垂直轴产生水平稳定力矩。上半角引起的水平腿稳定力矩，第4章，75，侧滑移前翼的升力大于侧滑移后机翼的升力，是机翼可能具有侧稳定性的必要条件。由后方捕食者产生的水平稳定力矩，对后方捕食者而言，侧面滑动前翼的有效分割速度较大，因此升力大于侧面滑动后机翼的正力，从而产生横向稳定力矩。第4章，76，产生其他横向稳定力矩，机翼上下位置和垂直尾翼也能在机翼上产生横向稳定力矩。第4章，77，机翼上下位置的影响，第4章，78，垂直尾翼引起的横向稳定力矩，侧面滑动，垂直尾翼引起的侧向力与质心转动力矩也是横向稳定力矩。第4，79页，在飞机设计中，为了获得合适的水平面稳定性，经常使用这些机翼配置的组合。下图显示了向上和向下翻转扫掠放置。以上单回扫布局，第4章，80，侧阻尼力矩生成，飞机侧阻尼力矩主要由机翼引起。由于飞机在旋转过程中受到干扰，翅膀上有额外的上、下气流组件，两个翅膀的攻角不相等，因此两个翅膀的升力不相等，这种阻尼力矩对飞机旋转起到了阻碍作用。第4章，81，旋转对两翼迎角的影响，第4章，82，飞机水平侧稳定性太强，方向稳定性太弱，容易发生明显的波动现象，被称为荷兰牡蛎。飞机的横向稳定性太弱，方向稳定性太强，在被置乱引起倾斜和横向滑动后，容易发生缓慢的螺旋下降。4.2.5飞机方向稳定性和横向稳定性的关系，飞机的方向稳定性和横向稳定性相结合。第4章，83，浮摆，左斜左滑，强水平稳定性飞机快变坡度时；方向稳定性差飞机左侧速度慢，不等待左侧滑块被移除，飞机再次向右倾斜右侧滑动。飞机的横向稳定性太强，方向稳定性太弱，容易发生浮动摆锤。第4章，84，浮动说，浮动钟摆的危害性是，波动珍珠鸡只需几秒钟，静止浮动超过了人的反应能力，在修正过程中容易推出，增加波动钟摆。正常情况下，悬浮钟摆半衰期短，但方向稳定性和横向稳定性不协调时，容易悬浮钟摆半衰期延长或不稳定，严重的安全受到威胁。大型运输机在高空及低速飞行时由于稳定性变化，容易发生移动。因此，浮摆阻尼器被广泛应用。第4章，85，不稳定螺旋，左侧斜坡左侧滑动，弱水平稳定性缓慢坡度变化；方向稳定性强飞机的左侧偏角快快速的左侧偏翼，右翼升力大飞机很难把左侧斜坡夷为平地。最终，飞机继续了缓慢的转弯下降过程，说螺旋不稳定。螺旋的不稳定周期更大，对飞行安全没有威胁的飞机设计允许轻微螺旋的不稳定。飞机的横向稳定性太弱，方向稳定性太强，容易发生螺旋不稳定。第4章86，横向动态稳定性，飞机横向扰动运动的时间响应过程分析。第4章，87，在曲线斜率为负时提供稳定性，而不考虑飞机偏转力矩随侧滑动角度的变化或飞机转动力矩随侧滑动角度的变化曲线。4.2.6力矩系数曲线，第4章，88，重心位置，速度增加和稳定性(阻尼扭矩增加)。高攻击角飞行，影响4.2.7飞机稳定性的因素，高变化，第4章，89页，重心位置位于前方，飞机俯仰稳定性越强。重心位置靠前，飞机的方向稳定性增加，但不明显。重心位置前后移动，不影响横向稳定性。重心的位置，第4章，90，飞行高度，在高空相同的等效空气速度下，相同的扰动气流速度，飞机受到的影响较小。但是在高空，制动扭矩小，飞机摆动的衰退时间长。第4章第91页，飞机扰动左倾，左翼沉没，英角增加，右翼上升，英角减少。在受到欺负之前，如果在临界迎角