第8章飛機的橫航向平衡、靜穩定性和靜操縱性飛行動力學

本章作業：8.1；8.2；8.4

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緒言

8.1橫側靜穩定性

8.5橫側靜操縱性小結1.橫側運動的定義

飛機的非對稱運動，包括飛機質心的側向移動（側滑），繞軸的滾轉和偏航轉動運動。2.橫側運動與縱向運動的差異（1）縱向運動：只繞一根軸轉動（大迎角運動除外）；（2）橫側運動：氣動力和力矩耦合：即側滑角、滾轉角速度和偏航角速度都同時產生側力、滾轉力矩和偏航力矩。橫航向變量均產生橫向和航向的力和力矩！橫側操縱耦合副翼：主要產生滾轉力矩、較大的偏航力矩、所產生的側力可略去；方向舵：產生側力、偏航力矩、也產生滾轉力矩。不能將飛機的橫向和航向運動分開考慮，不能僅考慮橫向運動或航向運動。3.配平（1）縱向運動：操縱變量（升降舵和油門）均需操縱，運動變量有配平值；（2）橫側運動：定常直線飛行時，所有的橫側運動變量、力和力矩都為零，不存在基本配平問題。

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8.1橫側靜穩定性

8.5橫側靜操縱性小結何謂靜穩定性?8.1.1偏航靜穩定力矩及航向靜穩定性1.偏航靜穩定力矩由側滑角引起的飛機航向力矩。2.航向靜穩定性飛機在平衡狀態下受到外界非對稱瞬時擾動，產生小的側滑，則飛機產生右偏航力矩，使飛機機頭向右偏，以減小的趨勢，稱飛機在原平衡狀態具有航向靜穩定性。否則，則為航向靜不穩定。設:如果:則:故:航向靜穩定性飛機能自動改變機頭指向消除側滑,稱為航向靜穩定性或風標靜穩定性VΔ>0航向靜穩定性判據用平衡點處的偏航力矩系數的導數作為判據：

偏航靜穩定；偏航靜不穩定；偏航中立靜穩定。3.影響航向靜穩定性的飛機部件:機身作用>0>0:C

<0N<0—

機身為航向靜不穩定部件飛機重心前面的駕駛艙，相當于一個不穩定立面。現代作戰飛機均采用扁平形狀，減小RCS和航向靜不穩定性。垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0主要的航向靜穩定部件；一般通過調節垂尾容積（必要時加背鰭、腹鰭）改變；運輸機改裝預警機時增加二片腹鰭。4.影響因素分析米格21飛機的最大使用速度(M<2.05)就受航向靜穩定性要求的限制，否則將出現航向靜穩定性不足的現象。現代超聲速飛機采用雙立尾，增加航向靜穩定性，又減小RCS。—

大迎角氣動特性限制：機翼和機身渦流對飛機尾部的影響，的值會減小。—

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

縱向靜穩定性是指恢復到原狀態的趨勢。—

航向靜穩定性并不能保證飛機在受到側風擾動時，自動保證其固有的航向。相反，它使飛機偏向側風方向，故又稱為“風標靜穩定性”。8.1.2橫向靜穩定力矩及橫向靜穩定性1.橫向靜穩定力矩由側滑角引起的飛機橫向力矩。2.橫向靜穩定性飛機在平衡狀態下受到外界非對稱瞬時擾動，產生小的左傾斜，升力和重力的合力作用使飛機向左側滑，，飛機產生右滾力矩，具有減小，使飛機保持機翼水平的趨勢，稱飛機在原平衡狀態具有橫向靜穩定性。否則，為橫向靜不穩定。設:如果:則:橫向靜穩定性Δ0ΔL<0Δ

>0WsinΔΔ側滑為中介飛機能通過側滑消除傾斜。稱為橫向靜穩定性或上反效應非通常意義的靜穩定性橫向靜穩定性判據用平衡點處的滾轉力矩系數的導數作為判據：橫向靜穩定:

橫向靜不穩定:

橫向中立靜穩定:不要誤認為是，滾轉力矩不是滾轉角的函數。=0垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0—

主要的橫向靜穩定部件，約占全機橫向靜穩定性的1/2—

一般通過調節垂尾容積（必要時加背鰭、腹鰭？）改變3.影響橫向靜穩定性的飛機部件:機翼后掠作用>0Vn右>Vn左(+)(-)>0:C

0L

<0N>0—

機翼后掠產生橫向和航向靜穩定作用。但后掠角一般由升阻特性決定。—

機翼前掠對橫向靜穩定性的作用?機翼上反作用>0:C

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

VsinV—

機翼上反產生橫向和航向靜穩定作用；—一般可通過調節上反角改變。翼身干擾對于上單翼或高平尾，>0:C

0L

<0N

0—

機翼、平尾的上下位置由其他因素決定。其與機身的干擾對橫航向靜穩定性有影響；—上單翼飛機一般不采用上反角。(+)(-)沿機身形狀流動類似于鐘擺，起穩定的作用結論與分析側滑不大時，Cl~、Cn~呈線性關系影響全機橫航向靜穩定性導數側力部件：機身+垂尾橫向靜穩定導數：機翼（后掠角、上反角、上單翼）+垂尾航向靜穩定導數：機身+垂尾立面在飛機重心上？下？立面在飛機重心前？后？內容

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8.1橫側靜穩定性

8.5橫側靜操縱性小結1、靜操縱性研究飛機在平衡狀態時所需施加的操縱量。飛機穩態時操縱變量與飛行狀態變量間的關系。緒言設:則:右副翼下偏左副翼上偏2、副翼操縱規律a>0(+)(-)駕駛員向左壓桿飛機往左滾轉。飛機往左滾，向右偏航，稱為副翼反偏航。右偏航產生左側滑（），產生正的滾轉力矩，與副翼的滾轉力矩相反？方向舵右偏駕駛員右蹬舵，飛機往右偏轉。設:則:方向舵效能在超聲速、大迎角或大偏轉時亦下降；彈性變形同樣具有不利影響。3、方向舵的操縱規律r<04、什么情況需操縱方向舵？不對稱推力（如單發停車）遭遇側風、轉彎飛行時，飛機會受到偏航力矩，需操縱方向舵來消除；利用方向舵偏轉產生側滑運動，以增大飛行阻力，增加下滑角。8.5.1定直側滑飛行的平衡和靜操縱性W

WcosWsin1.定直側滑飛行側滑產生側力和橫航向力矩，將由副翼和方向舵偏轉產生的力和力矩及傾斜飛機獲得重力在側向的分量，從而得到平衡。

（1）平衡關系為什么沒有p、r產生的力矩？由航向和橫向運動共同配平？大小通過簡化處理，當給定側滑角時，則可求得：

（2）結論討論從上式可見，定直側滑飛行中所需的副翼和方向舵偏角、以及滾轉角均與成正比；將上述關系式繪成的曲線，稱為橫側操縱面偏角平衡曲線。（3）靜操縱性指標討論（飛行品質規定）

蹬右方向舵（后緣向右偏、）應產生左側滑，即；壓左副翼桿，右副翼往下偏，左副翼往上偏（為正），右翼升力大，阻力大，機頭向右偏，產生左側滑，即。

飛機右滾轉時，則右側滑角增加，即靜穩定性與靜操縱性間的關系：由上式分別求導可得：（3）靜操縱性指標討論（飛行品質規定）

123<0>0>0由于，要滿足飛行品質規定的和的要求，必須滿足：根據靜操縱性的要求（飛行品質規定）飛機具有航向靜穩定性；橫向靜穩定性要有一定的數值第三個條件是側力條件，也是航向靜穩定性要求，若第二條件成立，則自然成立。2、側風著陸:著陸飛機地速較小，對于一定風速，側滑角較大，由定直側滑的平衡關系，相應的副翼和方向舵偏角也較大。當側風風速Vw10m/s時，要求橫側操縱效能能保證飛機以定直側滑的方式著陸。

機身順跑道飛行飛機著陸時如遇到相對跑道的側風,為使飛機機頭對準跑道,則需帶側滑和傾斜的飛行。3、不對稱推力飛行NT（1）定義：指多發飛機一側發動機發生故障，造成推力左右不對稱的飛行。

規范規定：出現非對稱推力及相應的偏航力矩，飛機應能定直飛行。（2）平衡關系：不對稱推力引起的偏航力矩：雙發3、不對稱推力飛行

NT（2）平衡關系：在式（8.32)中加進,可得到不對稱推力下飛機的橫側平衡方程組:與飛機在側風中著陸不同,在平衡關系中出現了與有關的常數項。因此，這種平衡關系和靜操縱特性與側風著陸時有所不同；對于側風著陸,飛行速度和側風速度一定，就一定，由式（8.33)唯一確定。（3）結果討論：對于不對稱動力情況,給定后，式（8.40)中有四個變量和，因此配平解有無窮多解。任意給定一個變量，就可確定其余三個變量。可以選擇有側滑無滾轉的配平，可選擇無側滑有滾轉的配平，也可選擇既有側滑又有滾轉的配平情形。若朝著工作著的發動機一側側滑（左發停車，正側滑），方向舵偏角會小一些；而朝著停車一側滑，則方向舵偏角會增大。

對于多發飛機,低速飛行（起飛）時的嚴重不對稱動力情況，作為考核驗證方向舵操縱效能的一種典型情況。（3）結果討論：NT若左側發動機停車左側滑？右側滑？（2）分析：

4、蹬舵反傾斜現象（1）定義：指飛機應具有單獨使用方向舵操縱使其按應有的方向改變其傾斜姿態的能力。即蹬左舵，飛機向左滾轉；蹬右舵，飛機應向右滾轉，否則則為“蹬舵反傾斜”現象。4、蹬舵反傾斜現象（3）討論：蹬舵反傾斜的現象實質上是對飛機橫向靜穩定性的要求；跨聲速段飛行時，飛機立尾的作用效率會下降，飛機的橫向靜穩定性減小，故在跨聲速段飛行時會出現蹬舵反傾斜的現象。5、副翼反偏航現象

（1）定義：副翼左右二邊反對稱偏轉，如右副翼向下偏轉，則飛機往左滾轉。此時，右副翼的升力增大，阻力也增大且大于左副翼的阻力，則飛機機頭向右偏，產生左側滑，左側滑產生右滾轉，對左滾轉操縱不利。(+)(-)（2）解決措施：

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