第四章飞机的平衡稳定性操纵性

，飞机的静态稳定性和操纵性飞机的动态稳定性，第四章，飞机飞行状态的变化，归根结底，是力量和力矩作用的结果。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，本章的主要内容，1，飞机的平衡2，飞机的稳定性3，飞机的机动性，第4章，3，飞机的平衡，飞机的重量和重心，飞机各部分，燃料，乘员，货物等重力的合力称为飞机的重力。飞机重力的焦点称为飞机重心。第4章，5，重心CG，飞机在空中运动总是可以分解为飞机的每个部分与飞机的质心一起移动，飞机的每个部分绕质心旋转。飞机的重量和重心，第4章，6，重心位置表示飞机重心所在的位置(左右对称，前后位置)，通常表示重心从特定翼弦(平均空气动力弦或标准平均弦)投影到该翼弦前的距离占该翼弦长度的百分比。第4章、第7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中质心投影到机翼前端的距离，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，8，公共坐标系，主体坐标系气流坐标系，第4章，9，飞机平衡：作用于飞机的所有力的总和等于0，每个力中心周围的扭矩的总和等于0的飞行状态。飞机的平衡包括力平衡和力矩平衡两个方面。本节仅分析每个力矩的平衡。可以从两个方面分别研究飞机的平衡、相对横轴(OZ轴)俯仰平衡相对横轴(OY轴)方向平衡相对横轴(OX轴)水平平衡、第4章、第10章、飞机的平衡。飞机的纵向平衡(或俯仰平衡)飞机的横向平衡，第4章，11，4.1.2飞机的俯仰平衡飞机的俯仰平衡与飞机的各俯仰力矩为零，攻击角度保持不变。第4章，12章，俯仰力矩主要为：由机翼产生的俯仰力矩水平尾翼产生的俯仰力矩(或推力)产生的俯仰力矩，第4章，13，获得俯仰平衡条件：第4章，14，4.1.3飞机的方向平衡飞机的方向平衡是作用于飞机的每个偏转力矩总和加上0，侧面，第4章，15，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，16，偏转力矩主要是由：2翼阻力引起的偏转力矩垂直应变力质量中心产生的偏转力矩对发或由多飞机张力引起的偏转力矩，第4章，17，获得方向平衡的条件：第4章，18，4.1.4飞机的横向平衡飞机的横向平衡是作用于飞机的各转动力矩之和为零，坡度不变。第4章，19章，转动力矩主要为：2翼双力对重心产生的转动力矩螺旋桨反作用力矩，得到重心产生的转动力矩，第4章，20，水平平衡的条件：第4章，21章，本章的主要内容，第1章，飞机的平衡2，飞机的稳定性3第4章，23，稳定性概念和条件，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4，25章，扰动后运动的物体会自动出现，想让物体回到原来的平衡状态，总是与运动方向相反的方向的力矩称为阻尼力矩。当物体受到扰动，偏离原来的平衡状态时，它会自动出现，试图使物体回到原来的平衡状态，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，26，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27，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倾向，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，28，静态和动态稳定性，扰动运动中的阻尼力矩，最终将物体旋转到原始平衡状态，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4，29章，飞机稳定性的定义是，在飞机经历了小扰动(包括阵风扰动和操纵扰动)后，摆脱原始平衡状态，扰动消失后，飞行员不做任何操纵，飞机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章，30章，飞机的稳定性，飞机的稳定性，飞机的不稳定性，飞机的中立稳定性，第4章，31章，飞机根据平衡状态的几种基本运动形式，飞机的稳定性，第4章，32章，静态稳定性和动态稳定性，第4章，33飞机的俯仰稳定性是俯仰稳定性力矩和俯仰制动力矩共同作用的结果。4.2.2飞机的俯仰稳定性，俯仰稳定性是什么，第4章，35，水平尾翼，正常布置的飞机的平尾安装角度通常小于机翼的安装角度。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，36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，37，瞬间置乱头提升，节距稳定扭矩，产生节距稳定扭矩的平尾，第4章页面，38，翼型，1/4弦强度获得翼型的提升l，并使翼型的节距旋转的扭矩MF(或MF)与攻角保持不变，因此1 翼型焦点的四分之一弦强度实验结果表明，焦点坐标在23%-27%的范围内，第四章页面，40，焦点和俯仰稳定力矩，如果攻击角度发生变化，机身、机翼等各组件在额外升力飞机攻击角度发生变化时产生额外升力合力的点称为焦点。 第4章，41，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，第42页，节距静态稳定性的确定，节距力矩系数曲线：节距力矩系数：第4章，43，节距力矩系数曲线，节距力矩系数曲线的斜率也称为起始角度或垂直静态稳定性，它表示每次起始角度变化一度时节距力矩系数的变化量。第4章，44，焦点中心后聚焦时，飞行器具有俯仰稳定性，这意味着俯仰力矩系数曲线的斜率为负值。节距力矩系数曲线，第4章，45章，节距阻尼力矩生成，节距阻尼力矩主要为平尾，第4章，46，第4章，47章，节距稳定性，两种常用振动模式：短周期模式：短周期模式，慢衰减速度，第4章扰动后阶段的主要特征是飞行速度和轨迹升降角度不断变化的长周期运动，飞机的攻击角度基本不变。第4章，49，默想1:已知飞机的俯仰力矩系数与攻角的关系显示了该飞机的正动态稳定性，如下图所示。这架飞机有俯仰静态稳定性吗？有俯仰稳定性吗？如果这架飞机瞬间受到抬起头的干扰，最终能回到均衡状态吗？如果可能的话，这个平衡状态是原来的平衡状态吗，否则飞机该怎么运动呢？第4章50，2，飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的横向稳定性飞机的横向稳定性影响飞机稳定性的因素，第4章，51，飞机的方向稳定性，意味着飞机在飞行中被小扰动和方向平衡破坏。扰动消失后，飞机倾向于自动恢复原始平衡状态的特性。什么是飞机的方向稳定性，方向稳定性，第4章，52，侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。主方向稳定力矩的产生，第4章，53，方向稳定力矩主要发生在飞机侧滑时垂直尾部。主要方向稳定力矩生成，第4章，54章，垂直尾部引起的方向稳定力矩，第4章，55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56，机身，四分之一翼弦连接，后方捕食者的设计等也可以对机翼产生一定的方向力矩。不同方向稳定力矩的生成，半角，第四章，第57页，后方捕食者的存在有效地提高了侧滑前翼的相对气流，从而产生了阻力更大的方向稳定力矩。第4章58，还有侧滑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，59，产生方向阻尼力矩，方向阻尼力矩主要由垂直尾部产生。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。第4，60，4，61，2章，飞机稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的横向稳定性飞机的横向稳定性影响飞机稳定性的因素，第4，62章，飞机横向稳定性，飞行中被小扰动和水平平衡破坏的飞机表现出扰动消失后自动返回到原始平衡状态的特点。4.2.4飞机的侧稳定性，什么是侧稳定性，第4章，63，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，64节，在上半角情况下，侧滑前翼的攻击角度更大，正力大于侧滑后翼的正力，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，65，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，66，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，67章，机翼上下位置的影响，第4章，68章，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章，69，水平面阻尼力矩，飞机水平面阻尼力矩主要由机翼产生。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4，70章，旋转对两翼迎角的影响，第4，71，2章，飞机的稳定器俯仰稳定性飞机的方向稳定性飞机的横向稳定性影响飞机稳定性的因素，第4，72章，飞机的横向稳定性，飞机的横向稳定性和横向稳定性相结合，飞机的横向稳定性和横向稳定性相加，横向扰动运动是两个第4章，73章，旋转模式，横向扰动初期，飞机主要显示飞机的旋转角度速度和机翼坡度的快速变化，这种快速减小的滚动阻尼行为是滚动模式，第4章，74章，漂移模式，向左倾斜向左滑动，横向稳定性强的情况下水平方向飞机快速改变倾斜；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，75，漂移钟摆的危害性是波动珍珠岩只需几秒钟，修正波动振幅就超过了人的反应力，在修正过程中，容易波涌，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，76，转弯下降模式，飞机扰动左斜左滑动，水平稳定性弱则飞机平坦倾斜慢；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。螺旋的不稳定周期很大，但对飞行安全没有威胁，飞机设计中允许轻微螺旋的不稳定性。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。侧向扰动运动的后期：第4章，77，4章，78，侧向动态稳定性，飞机侧向扰动运动的时间反应过程分析。第4，79，2章，飞机的稳定性飞机的俯仰稳定性飞机的横向稳定性飞机的横向稳定性影响飞机稳定性的因素，第4，80章，重心的位置，速度增加和稳定性(阻尼力矩增加)。高攻击角度飞行，影响飞机稳定性的因素，高变化，飞机稳定性的强度，一般以摆动衰减时间、摆动幅度、摆动次数来衡量。第4章，81，重心位置，飞机俯仰稳定性。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，82，速度，飞机摆动衰减时间的长度取决于飞机的阻尼力矩。在同一高度，阻尼力矩与速度成正比。速度增加时稳定性更强(阻尼力矩增大)。第4章，83，高度飞行，在高海拔相同的等效空气速度下扰动气流速度，飞机受到的影响较小。但是，在高空，阻尼扭矩小，飞机摆动的衰减时间长，稳定性差。第4章第84页，飞机扰动左倾，左翼沉没，英角增加，右翼上升，英角减少。受欺负前，如果在临界迎角附近，迎角大，升力小，横向制动力矩的方向会发生变化，飞机更向左倾斜，可能会出现机翼的自转现象。高攻击角度飞行，第4章，85页，飞机稳定性分析，飞机稳定性是飞机本身必须具备的一个特性。飞机的稳定性是相对的，有条件的。飞行员不完全依赖飞机的稳定性，而是要主动及时地操纵。第4章86，本章的主要内容，4.1飞机的平衡4.2飞机的稳定性4.3飞机的操纵性，第4章，87，4.3飞机的操纵性，操纵性的定义：飞机的操纵性表示飞行员操纵电梯、舵、副翼时改变飞行状态的特点。俯仰