飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性飛行原理課件

飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性主講人：徐峰《飛行原理》01.飛機(jī)的縱向力矩和縱向平衡02.全機(jī)焦點(diǎn)03.飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性04.影響飛機(jī)縱向穩(wěn)定性的因素目錄contents飛機(jī)的縱向力矩和縱向平衡縱向力矩就是使飛機(jī)繞橫軸Oz，轉(zhuǎn)動的俯仰力矩，用Mz表示。規(guī)定使飛機(jī)抬頭的M為正值，否則為負(fù)值。飛機(jī)的縱向力矩機(jī)身尾翼機(jī)翼動力裝置每個部件上的氣動力及發(fā)動機(jī)推力等都將對飛機(jī)產(chǎn)生縱向力矩。飛機(jī)的縱向力矩就等于飛機(jī)各部件上氣動力產(chǎn)生的縱向力矩之和，并考慮動力裝置的影響。全機(jī)氣動力產(chǎn)生的縱向力矩用公式表示為：飛機(jī)的縱向力矩和縱向平衡

式中：

飛機(jī)的縱向力矩和縱向平衡在一般情況下，機(jī)翼的壓力中心在飛機(jī)重心之后，機(jī)翼上的氣動升力對飛機(jī)產(chǎn)生使機(jī)頭向下的俯仰力矩（Mz為負(fù)值）。主要的俯仰力矩飛機(jī)重心機(jī)翼壓力中心機(jī)翼水平尾翼對飛機(jī)縱向力矩起主要作用的是機(jī)翼、水平尾翼的氣動升力和發(fā)動機(jī)的推力。如果不考慮發(fā)動機(jī)的影響，機(jī)翼和水平尾翼的氣動升力對飛機(jī)縱向平衡的影響如圖所示。飛機(jī)的縱向力矩和縱向平衡水平尾翼上的氣動升力向下作用，對飛機(jī)產(chǎn)生使機(jī)頭向上的俯仰力矩（Mz為正值）。當(dāng)兩個力矩互相抵消時，飛機(jī)的縱向力矩Mz=0，也就是mz=0，"飛機(jī)保持縱向平衡。主要的俯仰力矩飛機(jī)重心機(jī)翼壓力中心機(jī)翼水平尾翼對飛機(jī)縱向力矩起主要作用的是機(jī)翼、水平尾翼的氣動升力和發(fā)動機(jī)的推力。如果不考慮發(fā)動機(jī)的影響，機(jī)翼和水平尾翼的氣動升力對飛機(jī)縱向平衡的影響如圖4-5所示。全機(jī)焦點(diǎn)當(dāng)飛機(jī)受到擾動使迎角發(fā)生改變時，機(jī)翼、機(jī)身和水平尾翼的迎角都會隨著發(fā)生變化，也都會產(chǎn)生附加的氣動升力。這些附加氣動升力之和就是迎角改變時，全機(jī)氣動升力的增量，用符號?L表示。由于迎角的改變引起的飛機(jī)氣動升力增量的作用點(diǎn)，就叫做全機(jī)焦點(diǎn)（全機(jī)氣動中心）。全機(jī)焦點(diǎn)在飛機(jī)縱向的位置也是用焦點(diǎn)在平均氣動力弦上的投影到該弦前緣的距離xf與平均氣動力弦bA之比的百分?jǐn)?shù)表示，即

全機(jī)焦點(diǎn)

全機(jī)由于機(jī)身的影響，使翼身組合體的焦點(diǎn)前移，如圖所示。水平尾翼上的升力雖然比機(jī)翼的升力小很多，但它作用在全機(jī)重心之后，力臂較長，所以加上水平尾翼之后，形成的全機(jī)焦點(diǎn)明顯地后移，如圖所示。飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性當(dāng)迎角發(fā)生變化時，氣動升力的增量作用在全機(jī)焦點(diǎn)上，這個氣動升力的增量對全機(jī)重心產(chǎn)生的俯仰力矩，就是迎角變化帶來的俯仰力矩的變量。如果迎角變化帶來的俯仰力矩的變量能消除迎角的變化，擾動消失后，飛機(jī)向恢復(fù)原飛行姿態(tài)的方向運(yùn)動，飛機(jī)就具有縱向靜穩(wěn)定性，否則就沒有。而俯仰力矩變量是否具有這樣的作用，取決于全機(jī)焦點(diǎn)和全機(jī)重心的相對位置。飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性如果全機(jī)焦點(diǎn)和重心重合，升力增量不會對重心形成力矩，飛機(jī)就具有縱向中立靜穩(wěn)定性。

水平尾翼為飛機(jī)提供必要的縱向靜穩(wěn)定性。亞聲速飛行時，機(jī)翼的焦點(diǎn)一般在飛機(jī)重心之前，所以單有機(jī)翼的飛機(jī)是縱向靜不穩(wěn)定的。飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性如果全機(jī)焦點(diǎn)和重心重合，升力增量不會對重心形成力矩，飛機(jī)就具有縱向中立靜穩(wěn)定性。

機(jī)身對縱向力矩的影響，使焦點(diǎn)向前移，所以，翼身組合體的縱向靜不穩(wěn)定性更大。將水平尾翼的作用考慮進(jìn)去以后，焦點(diǎn)大大向后移，形成了在飛機(jī)重心之后的全機(jī)焦點(diǎn)，如圖所示，所以水平尾翼為飛機(jī)提供了縱向靜穩(wěn)定性。影響飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的因素1握桿和松桿對飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的影響在上面縱向靜穩(wěn)定性概念討論中，假設(shè)受擾動后，飛機(jī)的速度不變，只有迎角變化，并且在受擾動過程中，升降舵面不能自由偏轉(zhuǎn)，所以上述討論的穩(wěn)定性也稱為握桿定速靜穩(wěn)定性。2飛機(jī)實(shí)用重心和飛機(jī)焦點(diǎn)位置的變化（1）影響飛機(jī)實(shí)用重心的位置的因素有：貨物的裝載情況、乘客的位置、燃油的數(shù)量及消耗情況以及飛機(jī)的構(gòu)型等都會影響飛機(jī)實(shí)用重心的位置。當(dāng)焦點(diǎn)位置不變時，飛機(jī)實(shí)用重心前移，飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性增大；飛機(jī)實(shí)用重心后移，飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性減小。影響飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的因素（2）影響飛機(jī)焦點(diǎn)位置的因素如下：飛行馬赫數(shù)Ma的影響：飛機(jī)焦點(diǎn)的位置主要由機(jī)翼的焦點(diǎn)位置和水平尾翼引