飞机的稳定性

4.2飞机的稳定性理解飞机为什么会有稳定性稳定力矩和阻转力矩的产生原因、作用、大小1

飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。24.2.1稳定性概念及条件一旦摆锤偏离原平衡状态，重力分力形成的力矩力图使摆锤回到原平衡位置。此外，摆锤在摆动过程中还受到空气阻力形成的力矩作用。单摆的稳定性下垂的单摆是稳定的，因为其受到稳定力矩和阻尼力矩的共同作用。阻尼力矩原平衡状态稳定力矩阻尼力矩原平衡状态稳定力矩单摆在这两个力矩的共同作用下，最终回到原平衡状态。3物体受扰后的运动过程中，自动出现的、力图使物体最终回到原平衡状态的、方向始终与运动方向相反的力矩，称为阻尼力矩。物体受扰偏离原平衡状态后，自动出现的、力图使物体回到原平衡状态的、方向始终指向原平衡位置的力矩，称为稳定力矩。阻尼力矩原平衡状态稳定力矩阻尼力矩原平衡状态稳定力矩单摆的稳定性分析4

倒立单摆的稳定性倒立的单摆不具备这两个力矩，因此是不稳定的。原平衡状态不稳定力矩5静稳定性与动稳定性

受扰后出现稳定力矩，具有回到原平衡状态的趋势，称为物体是静稳定的。静稳定性研究物体受扰后的最初响应问题。6静稳定性与动稳定性

扰动运动过程中出现阻尼力矩，最终使物体回到原平衡状态，称物体是动稳定的。动稳定性研究物体受扰运动的时间响应历程问题。振幅正的动稳定性（稳定）中立动稳定性负的动稳定性（不稳定）7飞机稳定性的定义飞机的稳定性是指：飞机受到小扰动〔包括阵风扰动和操纵扰动〕后，偏离原平衡状态，并在扰动消失后，飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状态〔包括最初响应—静稳定性问题，和最终响应—动稳定性问题〕的特性。俯仰稳定性方向稳定性横侧稳定性8飞机的稳定性飞机具有稳定性飞机不具有稳定性飞机具有中立稳定性9飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。4.2.2飞机的俯仰稳定性什么是俯仰稳定性10水平尾翼俯仰稳定力矩的产生

俯仰稳定力矩主要由平尾产生11俯仰稳定力矩主要由平尾产生平尾可以产生俯仰稳定力矩，趋于保持飞机的俯仰平衡。俯仰转动机翼迎角平尾升力零升迎角较小正迎角较大正迎角负升力零升力正升力12瞬间受扰机头上抬扰动运动消失迎角恢复原值平尾附加升力俯仰稳定力矩平尾产生俯仰稳定力矩13焦点与俯仰稳定力矩飞机迎角改变时附加升力的着力点称为焦点。14焦点位置确实定迎角增加，压力中心向前移动机翼升力对A点的上仰力矩增加1516焦点与俯仰稳定力矩

只有焦点的位置在飞机的重心之后飞机才具有俯仰稳定性，焦点距离重心越远，俯仰稳定性越强。稳定不稳定17俯仰阻尼力矩的产生俯仰阻尼力矩主要由平尾产生转动方向相对气流平尾附加升力俯仰阻尼力矩飞机转动方向1819俯仰稳定性的判别俯仰力矩系数曲线：俯仰力矩系数：20俯仰力矩系数曲线

俯仰力矩系数曲线的斜率也称为迎角稳定度或纵向静稳定度，它表示迎角每变化1度时俯仰力矩系数的变化量，它的表达式为：αmz抬头低头

α

mz21αmz抬头低头

α

mz

当焦点在重心之后，飞机具有俯仰稳定性，这也意味着俯仰力矩系数曲线斜率为负。俯仰力矩系数曲线重心焦点224121.具有纵向稳定性的飞机，飞机重心位于压力中心前位于压力中心后与压力中心重合234127.重心靠后，飞机的纵向安定性变强减弱保持不变244088.平尾的作用保持飞机具有俯仰稳定性主要用来产生正升力以增大飞机升力减小飞机阻力254096.飞机的焦点机翼升力的着力点全机升力的着力点迎角改变时，附加着力点264094.飞机的焦点位于飞机重心之后越远，飞机的纵向稳定性越强越弱与之没有关系274111．具有正静安定性的飞机，当受到扰动使平衡状态变化后，有回到原平衡状态的趋势继续偏离原平衡状态的趋势保持偏离后的平衡状态284124．飞行中减小发动机功率，由于机翼和螺旋桨的下洗减弱，飞时机出现一定的____倾向。下俯上仰左偏29

飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。4.2.3飞机的方向稳定性什么是方向稳定性30方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。主要方向稳定力矩的产生31由垂尾产生的方向稳定力矩32垂尾面积的影响

垂尾面积越大，方向稳定力矩越大。相对气流相对气流扰动扰动稳定力矩稳定力矩较小侧力（面积小）较大侧力（面积大）33机身四分之一翼弦连线横轴后掠角后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。其他方向稳定力矩的产生上反角34

后掠角的存在，使侧滑前翼的相对气流有效分速大，因而阻力更大，从而产生方向稳定力矩。后掠角在侧滑中所产生方向稳定力矩35方向阻尼力矩的产生方向阻尼力矩主要由垂尾产生。飞机转动的过程中，垂尾处出现附加的侧向气流速度分量，导致垂尾出现侧力，侧力形成的力矩起到阻碍转动的作用，称方向阻尼力矩。垂尾侧力转动方向阻尼力矩3637

飞机的横侧稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至横侧平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。4.2.4飞机的横侧稳定性什么是横侧稳定性38主要横侧稳定力矩的产生侧力横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生。39上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。上反角产生的横侧稳定力矩40

侧滑前翼的升力大于侧滑后翼的升力，是机翼能够具有横侧稳定性必要条件。后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力大于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。41其他横侧稳定力矩的产生

机翼上下位置和垂尾也能够使机翼产生横侧稳定力矩。42上单翼飞机横侧稳定性强下单翼飞机横侧稳定性弱机翼上下位置的影响43垂尾产生的横侧稳定力矩

侧滑中，垂尾产生的侧力对重心形成的滚转力矩也是横侧稳定力矩。垂尾侧力侧滑方向侧力力臂44横侧阻尼力矩的产生飞机的横侧阻尼力矩主要由机翼产生。飞机在受扰后的转动过程中，由于机翼存在附加上、下气流分量，使两翼迎角不等，从而导致两翼升力不等，这一阻尼力矩对飞机转动起阻碍作用。滚转方向阻尼力矩方向4546滚转附加气流速度滚转附加气流速度上扬机翼迎角减小下沉机翼迎角增大滚转对两翼迎角的影响47飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。4.2.5飞机方向稳定性和横侧稳定性的关系飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互耦合的。48飘摆飞机受扰左倾斜→左侧滑，假设横侧稳定性强→飞机迅速改平坡度；方向稳定性弱→飞机左偏的速度慢，未等左侧滑消除，飞机又带右坡度→右侧滑。飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生飘摆。49飘摆飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有几秒，修正飘摆超出了人的反响能力，修正过程中极易造成推波助澜，加大飘摆。正常情况下，飘摆半衰期很短，但当方向稳定性和横侧稳定性不协调时，易使飘摆半衰期延长甚至不稳定，严重危及平安。大型运输机在高空和低速飞行时由于稳定性发生变化易发生飘摆。因此广泛使用飘摆阻尼器。5051螺旋不稳定飞机受扰左倾斜→左侧滑，假设横侧稳定性弱→飞机改平坡度慢；方向稳定性强→飞机左偏的速度快→快速左偏导致右翼升力大→飞机飞机难于改平左坡度。最终导致飞机进入缓慢的盘旋下降过程，称螺旋不稳定。螺旋不稳定的周期较大，对飞行平安不构成威胁，飞机设计中允许出现轻度的螺旋不稳定。飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，易产生螺旋不稳定。5253无论是飞机偏转力矩随侧滑角变化的曲线，还是飞机滚转力矩随侧滑角变化的曲线，当曲线斜率为负时，才能具有稳定性。4.2.6力矩系数曲线左偏右偏右侧滑稳定不稳定左滚右滚右侧滑不稳定稳定544129.上反角使飞机具有安定性的原因侧滑时，上反角使侧滑一侧机翼的迎角增大，升力增大侧滑时，上反角使侧滑另一侧机翼的迎角增大，升力增大侧滑时，上反角使侧滑一侧机翼的迎角减小，升力增大554130.后掠角使飞机具有横侧安定性的原因侧滑时，侧滑一侧的后掠角增大，升力增大侧滑时，侧滑另一侧的后掠角增大，升力增大侧滑时，侧滑一侧的后掠角减小，升力减小564131.飞机的方向安定性过强，而横侧安定性相对过弱，飞机容易出现飘摆螺旋不稳定现象转弯困难574133.飞行时发现飞机非指令的时而左滚，时而右滚，同时伴随机头时而左偏时而右偏的现象，此迹象说明飞机进入了飘摆飞机进入了失速飞机进入了螺旋584097.机翼后掠角可以产生俯仰安定力矩横向阻转力矩横向安定力矩594099.飞机的方向安定力矩主要由——产生机翼后掠垂尾平尾60重心的位置速度速度增大，稳定性越强〔阻尼力矩增大〕。大迎角飞行4.2.7影响飞机稳定性的因素高度变化61重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性越强。重心位置靠前，飞机的方向稳定性有所增加，但不明显。重心位置前后移动，对横侧稳定性无影响。重心焦点重心的位置62飞行高度扰动气流速度相同扰动气流速度高空低空飞行真空速飞行真空速合速度相对气流迎角增加量迎角增加量更小在高空，相同当量空速下，同样扰动气流速度，飞机受影响更小。但在高空由于阻尼力矩小，飞机摆动的衰减时间长。63飞机受扰左倾，左翼下沉，迎角增大，右翼上扬，迎角减小。假设受扰前在临界迎角附近，就可能导致迎角大，升力反而小，从而导致横侧阻尼力矩方向改变，飞机进一步左倾，出现机翼自转现象。下沉侧，迎角增大，升力减小上扬侧，迎角减小，升力增大大迎角飞行644113．具有中立静安定性的飞机，当受到扰动使平衡状态变化后，有回到原平衡状态的趋势继续偏离原平衡状态的趋势保持偏离后的平衡状态的趋势654090.使飞机具有纵向静稳定性，焦点必须位于重心之前之后之上664092.相同重量飞机，当飞机重心越靠前，为了维持飞机的平衡，机翼产生的升力要减小要增大不变674123．常规布局的飞机，平尾升力对飞机重心的力矩常为使飞机机头

的力矩。上仰下俯偏转684114．飞机从已建立的平衡状态发生偏离，假设，那么飞机表现出正动安定性。飞机振荡的振幅减小使飞机回到原来的平衡状态飞机振荡的振幅持续增大飞机振荡的振幅不增大也不减小694117．飞机的纵向安定性有利于防止飞机绕立轴偏转过快防止飞机绕纵轴滚转过快防止