第8章：飛機(jī)的橫側(cè)靜穩(wěn)定與靜操縱性

第8章飛機(jī)的橫航向平衡、靜穩(wěn)定性和靜操縱性飛行動(dòng)力學(xué)

本章作業(yè)：8.1；8.2；8.4

內(nèi)容

緒言

8.1橫側(cè)靜穩(wěn)定性

8.5橫側(cè)靜操縱性小結(jié)1.橫側(cè)運(yùn)動(dòng)的定義

飛機(jī)的非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，包括飛機(jī)質(zhì)心的側(cè)向移動(dòng)（側(cè)滑），繞軸的滾轉(zhuǎn)和偏航轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。2.橫側(cè)運(yùn)動(dòng)與縱向運(yùn)動(dòng)的差異（1）縱向運(yùn)動(dòng)：只繞一根軸轉(zhuǎn)動(dòng)（大迎角運(yùn)動(dòng)除外）；（2）橫側(cè)運(yùn)動(dòng)：氣動(dòng)力和力矩耦合：即側(cè)滑角、滾轉(zhuǎn)角速度和偏航角速度都同時(shí)產(chǎn)生側(cè)力、滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩。橫航向變量均產(chǎn)生橫向和航向的力和力矩！橫側(cè)操縱耦合副翼：主要產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩、較大的偏航力矩、所產(chǎn)生的側(cè)力可略去；方向舵：產(chǎn)生側(cè)力、偏航力矩、也產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩。不能將飛機(jī)的橫向和航向運(yùn)動(dòng)分開考慮，不能僅考慮橫向運(yùn)動(dòng)或航向運(yùn)動(dòng)。3.配平（1）縱向運(yùn)動(dòng)：操縱變量（升降舵和油門）均需操縱，運(yùn)動(dòng)變量有配平值；（2）橫側(cè)運(yùn)動(dòng)：定常直線飛行時(shí)，所有的橫側(cè)運(yùn)動(dòng)變量、力和力矩都為零，不存在基本配平問題。

內(nèi)容

緒言

8.1橫側(cè)靜穩(wěn)定性

8.5橫側(cè)靜操縱性小結(jié)何謂靜穩(wěn)定性?8.1.1偏航靜穩(wěn)定力矩及航向靜穩(wěn)定性1.偏航靜穩(wěn)定力矩由側(cè)滑角引起的飛機(jī)航向力矩。2.航向靜穩(wěn)定性飛機(jī)在平衡狀態(tài)下受到外界非對(duì)稱瞬時(shí)擾動(dòng)，產(chǎn)生小的側(cè)滑，則飛機(jī)產(chǎn)生右偏航力矩，使飛機(jī)機(jī)頭向右偏，以減小的趨勢(shì)，稱飛機(jī)在原平衡狀態(tài)具有航向靜穩(wěn)定性。否則，則為航向靜不穩(wěn)定。設(shè):如果:則:故:航向靜穩(wěn)定性飛機(jī)能自動(dòng)改變機(jī)頭指向消除側(cè)滑,稱為航向靜穩(wěn)定性或風(fēng)標(biāo)靜穩(wěn)定性VΔ>0航向靜穩(wěn)定性判據(jù)用平衡點(diǎn)處的偏航力矩系數(shù)的導(dǎo)數(shù)作為判據(jù)：

偏航靜穩(wěn)定；偏航靜不穩(wěn)定；偏航中立靜穩(wěn)定。3.影響航向靜穩(wěn)定性的飛機(jī)部件:機(jī)身作用>0>0:C

<0N<0—

機(jī)身為航向靜不穩(wěn)定部件飛機(jī)重心前面的駕駛艙，相當(dāng)于一個(gè)不穩(wěn)定立面?，F(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)均采用扁平形狀，減小RCS和航向靜不穩(wěn)定性。垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0主要的航向靜穩(wěn)定部件；一般通過調(diào)節(jié)垂尾容積（必要時(shí)加背鰭、腹鰭）改變；運(yùn)輸機(jī)改裝預(yù)警機(jī)時(shí)增加二片腹鰭。4.影響因素分析米格21飛機(jī)的最大使用速度(M<2.05)就受航向靜穩(wěn)定性要求的限制，否則將出現(xiàn)航向靜穩(wěn)定性不足的現(xiàn)象?，F(xiàn)代超聲速飛機(jī)采用雙立尾，增加航向靜穩(wěn)定性，又減小RCS。—

大迎角氣動(dòng)特性限制：機(jī)翼和機(jī)身渦流對(duì)飛機(jī)尾部的影響，的值會(huì)減小?！?/p>

飛行速度限制：由于垂尾和機(jī)身的彈性變形，隨飛行速度的增大而減小。5.航向靜穩(wěn)定性與縱向靜穩(wěn)定性的差別—

縱向靜穩(wěn)定性是指恢復(fù)到原狀態(tài)的趨勢(shì)。—

航向靜穩(wěn)定性并不能保證飛機(jī)在受到側(cè)風(fēng)擾動(dòng)時(shí)，自動(dòng)保證其固有的航向。相反，它使飛機(jī)偏向側(cè)風(fēng)方向，故又稱為“風(fēng)標(biāo)靜穩(wěn)定性”。8.1.2橫向靜穩(wěn)定力矩及橫向靜穩(wěn)定性1.橫向靜穩(wěn)定力矩由側(cè)滑角引起的飛機(jī)橫向力矩。2.橫向靜穩(wěn)定性飛機(jī)在平衡狀態(tài)下受到外界非對(duì)稱瞬時(shí)擾動(dòng)，產(chǎn)生小的左傾斜，升力和重力的合力作用使飛機(jī)向左側(cè)滑，，飛機(jī)產(chǎn)生右滾力矩，具有減小，使飛機(jī)保持機(jī)翼水平的趨勢(shì)，稱飛機(jī)在原平衡狀態(tài)具有橫向靜穩(wěn)定性。否則，為橫向靜不穩(wěn)定。設(shè):如果:則:橫向靜穩(wěn)定性Δ0ΔL<0Δ

>0WsinΔΔ側(cè)滑為中介飛機(jī)能通過側(cè)滑消除傾斜。稱為橫向靜穩(wěn)定性或上反效應(yīng)非通常意義的靜穩(wěn)定性橫向靜穩(wěn)定性判據(jù)用平衡點(diǎn)處的滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)的導(dǎo)數(shù)作為判據(jù)：橫向靜穩(wěn)定:

橫向靜不穩(wěn)定:

橫向中立靜穩(wěn)定:不要誤認(rèn)為是，滾轉(zhuǎn)力矩不是滾轉(zhuǎn)角的函數(shù)。=0垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0—

主要的橫向靜穩(wěn)定部件，約占全機(jī)橫向靜穩(wěn)定性的1/2—

一般通過調(diào)節(jié)垂尾容積（必要時(shí)加背鰭、腹鰭？）改變3.影響橫向靜穩(wěn)定性的飛機(jī)部件:機(jī)翼后掠作用>0Vn右>Vn左(+)(-)>0:C

0L

<0N>0—

機(jī)翼后掠產(chǎn)生橫向和航向靜穩(wěn)定作用。但后掠角一般由升阻特性決定?！?/p>

機(jī)翼前掠對(duì)橫向靜穩(wěn)定性的作用?機(jī)翼上反作用>0:C

0L<0N>0>0<0(-)(+)

VsinV—

機(jī)翼上反產(chǎn)生橫向和航向靜穩(wěn)定作用；—一般可通過調(diào)節(jié)上反角改變。翼身干擾對(duì)于上單翼或高平尾，>0:C

0L

<0N

0—

機(jī)翼、平尾的上下位置由其他因素決定。其與機(jī)身的干擾對(duì)橫航向靜穩(wěn)定性有影響；—上單翼飛機(jī)一般不采用上反角。(+)(-)沿機(jī)身形狀流動(dòng)類似于鐘擺，起穩(wěn)定的作用結(jié)論與分析側(cè)滑不大時(shí)，Cl~、Cn~呈線性關(guān)系影響全機(jī)橫航向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)側(cè)力部件：機(jī)身+垂尾橫向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)：機(jī)翼（后掠角、上反角、上單翼）+垂尾航向靜穩(wěn)定導(dǎo)數(shù)：機(jī)身+垂尾立面在飛機(jī)重心上？下？立面在飛機(jī)重心前？后？?jī)?nèi)容

緒言

8.1橫側(cè)靜穩(wěn)定性

8.5橫側(cè)靜操縱性小結(jié)1、靜操縱性研究飛機(jī)在平衡狀態(tài)時(shí)所需施加的操縱量。飛機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)操縱變量與飛行狀態(tài)變量間的關(guān)系。緒言設(shè):則:右副翼下偏左副翼上偏2、副翼操縱規(guī)律a>0(+)(-)駕駛員向左壓桿飛機(jī)往左滾轉(zhuǎn)。飛機(jī)往左滾，向右偏航，稱為副翼反偏航。右偏航產(chǎn)生左側(cè)滑（），產(chǎn)生正的滾轉(zhuǎn)力矩，與副翼的滾轉(zhuǎn)力矩相反？方向舵右偏駕駛員右蹬舵，飛機(jī)往右偏轉(zhuǎn)。設(shè):則:方向舵效能在超聲速、大迎角或大偏轉(zhuǎn)時(shí)亦下降；彈性變形同樣具有不利影響。3、方向舵的操縱規(guī)律r<04、什么情況需操縱方向舵？不對(duì)稱推力（如單發(fā)停車）遭遇側(cè)風(fēng)、轉(zhuǎn)彎飛行時(shí)，飛機(jī)會(huì)受到偏航力矩，需操縱方向舵來消除；利用方向舵偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生側(cè)滑運(yùn)動(dòng)，以增大飛行阻力，增加下滑角。8.5.1定直側(cè)滑飛行的平衡和靜操縱性W

WcosWsin1.定直側(cè)滑飛行側(cè)滑產(chǎn)生側(cè)力和橫航向力矩，將由副翼和方向舵偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力和力矩及傾斜飛機(jī)獲得重力在側(cè)向的分量，從而得到平衡。

（1）平衡關(guān)系為什么沒有p、r產(chǎn)生的力矩？由航向和橫向運(yùn)動(dòng)共同配平？大小通過簡(jiǎn)化處理，當(dāng)給定側(cè)滑角時(shí)，則可求得：

（2）結(jié)論討論從上式可見，定直側(cè)滑飛行中所需的副翼和方向舵偏角、以及滾轉(zhuǎn)角均與成正比；將上述關(guān)系式繪成的曲線，稱為橫側(cè)操縱面偏角平衡曲線。（3）靜操縱性指標(biāo)討論（飛行品質(zhì)規(guī)定）

蹬右方向舵（后緣向右偏、）應(yīng)產(chǎn)生左側(cè)滑，即；壓左副翼?xiàng)U，右副翼往下偏，左副翼往上偏（為正），右翼升力大，阻力大，機(jī)頭向右偏，產(chǎn)生左側(cè)滑，即。

飛機(jī)右滾轉(zhuǎn)時(shí)，則右側(cè)滑角增加，即靜穩(wěn)定性與靜操縱性間的關(guān)系：由上式分別求導(dǎo)可得：（3）靜操縱性指標(biāo)討論（飛行品質(zhì)規(guī)定）

123<0>0>0由于，要滿足飛行品質(zhì)規(guī)定的和的要求，必須滿足：根據(jù)靜操縱性的要求（飛行品質(zhì)規(guī)定）飛機(jī)具有航向靜穩(wěn)定性；橫向靜穩(wěn)定性要有一定的數(shù)值第三個(gè)條件是側(cè)力條件，也是航向靜穩(wěn)定性要求，若第二條件成立，則自然成立。2、側(cè)風(fēng)著陸:著陸飛機(jī)地速較小，對(duì)于一定風(fēng)速，側(cè)滑角較大，由定直側(cè)滑的平衡關(guān)系，相應(yīng)的副翼和方向舵偏角也較大。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速Vw10m/s時(shí)，要求橫側(cè)操縱效能能保證飛機(jī)以定直側(cè)滑的方式著陸。

機(jī)身順跑道飛行飛機(jī)著陸時(shí)如遇到相對(duì)跑道的側(cè)風(fēng),為使飛機(jī)機(jī)頭對(duì)準(zhǔn)跑道,則需帶側(cè)滑和傾斜的飛行。3、不對(duì)稱推力飛行NT（1）定義：指多發(fā)飛機(jī)一側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，造成推力左右不對(duì)稱的飛行。

規(guī)范規(guī)定：出現(xiàn)非對(duì)稱推力及相應(yīng)的偏航力矩，飛機(jī)應(yīng)能定直飛行。（2）平衡關(guān)系：不對(duì)稱推力引起的偏航力矩：雙發(fā)3、不對(duì)稱推力飛行

NT（2）平衡關(guān)系：在式（8.32)中加進(jìn),可得到不對(duì)稱推力下飛機(jī)的橫側(cè)平衡方程組:與飛機(jī)在側(cè)風(fēng)中著陸不同,在平衡關(guān)系中出現(xiàn)了與有關(guān)的常數(shù)項(xiàng)。因此，這種平衡關(guān)系和靜操縱特性與側(cè)風(fēng)著陸時(shí)有所不同；對(duì)于側(cè)風(fēng)著陸,飛行速度和側(cè)風(fēng)速度一定，就一定，由式（8.33)唯一確定。（3）結(jié)果討論：對(duì)于不對(duì)稱動(dòng)力情況,給定后，式（8.40)中有四個(gè)變量和，因此配平解有無窮多解。任意給定一個(gè)變量，就可確定其余三個(gè)變量?？梢赃x擇有側(cè)滑無滾轉(zhuǎn)的配平，可選擇無側(cè)滑有滾轉(zhuǎn)的配平，也可選擇既有側(cè)滑又有滾轉(zhuǎn)的配平情形。若朝著工作著的發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)側(cè)滑（左發(fā)停車，正側(cè)滑），方向舵偏角會(huì)小一些；而朝著停車一側(cè)滑，則方向舵偏角會(huì)增大。

對(duì)于多發(fā)飛機(jī),低速飛行（起飛）時(shí)的嚴(yán)重不對(duì)稱動(dòng)力情況，作為考核驗(yàn)證方向舵操縱效能的一種典型情況。（3）結(jié)果討論：NT若左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)停車左側(cè)滑？右側(cè)滑？（2）分析：

4、蹬舵反傾斜現(xiàn)象（1）定義：指飛機(jī)應(yīng)具有單獨(dú)使用方向舵操縱使其按應(yīng)有的方向改變其傾斜姿態(tài)的能力。即蹬左舵，飛機(jī)向左滾轉(zhuǎn)；蹬右舵，飛機(jī)應(yīng)向右滾轉(zhuǎn)，否則則為“蹬舵反傾斜”現(xiàn)象。4、蹬舵反傾斜現(xiàn)象（3）討論：蹬舵反傾斜的現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是對(duì)飛機(jī)橫向靜穩(wěn)定性的要求；跨聲速段飛行時(shí)，飛機(jī)立尾的作用效率會(huì)下降，飛機(jī)的橫向靜穩(wěn)定性減小，故在跨聲速段飛行時(shí)會(huì)出現(xiàn)蹬舵反傾斜的現(xiàn)象。5、副翼反偏航現(xiàn)象

（1）定義：副翼左右二邊反對(duì)稱偏轉(zhuǎn)，如右副翼向下偏轉(zhuǎn)，則飛機(jī)往左滾轉(zhuǎn)。此時(shí)，右副翼的升力增大，阻力也增大且大于左副翼的阻力，則飛機(jī)機(jī)頭向右偏，產(chǎn)生左側(cè)滑，左側(cè)滑產(chǎn)生右滾轉(zhuǎn)，對(duì)左滾轉(zhuǎn)操縱不利。(+)(-)（2）解決措施：

擾流片：增加阻力小一邊的阻力，二邊阻力相等費(fèi)里斯副翼：副翼上偏時(shí)(升力減小，阻力也減小