飛機(jī)的橫側(cè)向動(dòng)穩(wěn)定性2靜穩(wěn)定力矩、慣性力矩和氣動(dòng)阻尼力矩01橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的三種模態(tài)及特性02主要內(nèi)容飛機(jī)的橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)及影響動(dòng)穩(wěn)定性的因素03思考：方向靜穩(wěn)定性和側(cè)向靜穩(wěn)定需要匹配嗎？靜穩(wěn)定力矩、慣性力矩和氣動(dòng)阻尼力矩橫側(cè)向靜穩(wěn)定力矩：由側(cè)滑角而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩。慣性力矩：當(dāng)飛機(jī)繞立軸、縱軸加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而產(chǎn)生的使飛機(jī)維持繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，其大小與飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量大小及分布等因素有關(guān)。氣動(dòng)阻尼力矩：是指在擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力產(chǎn)生的阻尼力矩。氣動(dòng)阻尼力矩飛機(jī)的側(cè)向阻尼力矩主要由機(jī)翼產(chǎn)生。

飛機(jī)在受擾后的運(yùn)動(dòng)過程中，由于機(jī)翼存在附加上、下氣流分量，使兩翼迎角不等，從而導(dǎo)致兩翼升力不等，這一阻尼力矩對(duì)飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起阻礙作用。方向阻尼力矩主要由垂尾產(chǎn)生。

飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，垂尾處出現(xiàn)附加的側(cè)向氣流速度分量，導(dǎo)致垂尾出現(xiàn)側(cè)力，側(cè)力形成的力矩起到阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，稱方向阻尼力矩。交叉力矩：由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的偏航力矩和由偏航運(yùn)動(dòng)引起的滾轉(zhuǎn)力矩。滾轉(zhuǎn)引起的交叉偏航力矩偏航引起的交叉滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)引起的交叉偏航力矩當(dāng)飛機(jī)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)向右橫滾時(shí)左右機(jī)翼迎角變化垂直尾翼產(chǎn)生氣動(dòng)力產(chǎn)生使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)的偏航力矩。偏航引起的交叉滾轉(zhuǎn)力矩當(dāng)飛機(jī)繞立軸向左偏航時(shí)，垂尾產(chǎn)生指向左側(cè)的氣動(dòng)力左右機(jī)翼氣流相對(duì)速度不同產(chǎn)生使飛機(jī)繞縱軸向左橫滾的滾轉(zhuǎn)力矩?cái)_動(dòng)消失后，飛機(jī)在恢復(fù)原飛行姿態(tài)而產(chǎn)生的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)中受到靜穩(wěn)定力矩、慣性力矩、氣動(dòng)阻尼力矩和交叉力矩的共同作用，擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況就和影響這些力矩的各種因素有關(guān)。注意：交叉力矩總是與飛機(jī)回復(fù)原飛行姿態(tài)的靜穩(wěn)定力矩方向相反，起到減小靜穩(wěn)定力矩的作用，對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性不利橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的三種模態(tài)及特性1滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)2螺旋模態(tài)3荷蘭滾模態(tài)1滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)是一種非周期性的、衰減很快的運(yùn)動(dòng)模態(tài)。這是一種近似單純的繞飛機(jī)縱軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)轱w機(jī)滾轉(zhuǎn)慣性較小，而滾轉(zhuǎn)阻尼力矩較大，所以這種滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)衰減很快，可以看成是一種衰減很快的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般飛機(jī)都能滿足此模態(tài)的穩(wěn)定性要求。在滾轉(zhuǎn)模態(tài)運(yùn)動(dòng)中，飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)角和滾轉(zhuǎn)速度迅速變化，而側(cè)滑角和偏航角的變化很小，可以忽略不計(jì)。2螺旋模態(tài)螺旋模態(tài)是一種非周期性的、運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化比較緩慢的運(yùn)動(dòng)模態(tài)。在螺旋模態(tài)運(yùn)動(dòng)中，側(cè)滑角近似為零，偏航角大于滾轉(zhuǎn)角，所以螺旋模態(tài)運(yùn)動(dòng)主要是略帶滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑角近似為零的偏航運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的方向靜穩(wěn)定性遠(yuǎn)大于側(cè)向靜穩(wěn)定性時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種不穩(wěn)定模態(tài)。當(dāng)方向靜穩(wěn)定性過大時(shí)，一旦飛機(jī)受到擾動(dòng)發(fā)生滾和側(cè)滑，過大的方向靜穩(wěn)定性會(huì)使側(cè)滑角很快得到修正，機(jī)頭很快對(duì)準(zhǔn)氣流，并且在對(duì)準(zhǔn)氣流的偏航運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生較大的交叉滾轉(zhuǎn)力矩，這一力矩和側(cè)滑角引起的側(cè)向靜穩(wěn)定力矩方向相反。當(dāng)交叉滾轉(zhuǎn)力矩大于側(cè)向穩(wěn)定力矩時(shí)，滾轉(zhuǎn)不但得不到糾正，還會(huì)繼續(xù)加大。滾轉(zhuǎn)得不到糾正會(huì)使飛機(jī)機(jī)頭繼續(xù)對(duì)準(zhǔn)來流，向傾斜的一側(cè)偏轉(zhuǎn)。結(jié)果，便產(chǎn)生了機(jī)身向一側(cè)傾斜,機(jī)頭下沉并不斷對(duì)準(zhǔn)來流的沿螺旋線航跡盤旋下降的螺旋發(fā)散運(yùn)動(dòng)。

飛機(jī)受擾左傾斜→左側(cè)滑，若橫側(cè)穩(wěn)定性弱→飛機(jī)改平坡度慢；方向穩(wěn)定性強(qiáng)→飛機(jī)左偏的速度快→快速左偏導(dǎo)致右翼升力大→飛機(jī)難于改平左坡度。最終導(dǎo)致飛機(jī)進(jìn)入緩慢的盤旋下降過程，稱螺旋不穩(wěn)定。螺旋不穩(wěn)定的周期較大，對(duì)飛行安全不構(gòu)成威脅，飛機(jī)設(shè)計(jì)中允許出現(xiàn)輕度的螺旋不穩(wěn)定。

飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性過弱而方向穩(wěn)定性過強(qiáng)，易產(chǎn)生螺旋不穩(wěn)定。3荷蘭滾模態(tài)荷蘭滾是頻率較快（周期為幾秒）的中等阻尼的橫向一航向組合振蕩模態(tài)。在荷蘭滾模態(tài)運(yùn)動(dòng)中，飛機(jī)的側(cè)滑角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角的量級(jí)相同，而滾轉(zhuǎn)、偏航運(yùn)動(dòng)的速度較小。各運(yùn)動(dòng)參數(shù)都隨時(shí)間按振蕩方式周期變化，形成飛機(jī)一面來回滾轉(zhuǎn)，一面左右偏航，同時(shí)帶有側(cè)滑的振蕩運(yùn)動(dòng)，即荷蘭滾運(yùn)動(dòng)

飛機(jī)受擾左傾斜→左側(cè)滑，橫側(cè)穩(wěn)定性強(qiáng)→飛機(jī)迅速改平坡度；方向穩(wěn)定性弱→飛機(jī)左偏的速度慢，未等左側(cè)滑消除，飛機(jī)又帶右坡度→右側(cè)滑。飛機(jī)的側(cè)向穩(wěn)定性過強(qiáng)而方向穩(wěn)定性過弱，易產(chǎn)生荷蘭滾。當(dāng)發(fā)生荷蘭滾不穩(wěn)定時(shí)，由于振蕩頻率較高、周期較短，飛機(jī)會(huì)以逐漸增大的振幅迅速左右搖晃。駕駛員對(duì)這種高頻率振蕩很難加以控制，所以荷蘭滾模態(tài)不穩(wěn)定會(huì)影響飛行安全和飛行任務(wù)的完成，在三種模態(tài)中最受重視。CCAR-25部規(guī)定：任何橫向一航向組合振蕩

（荷蘭滾），在操縱松浮情況下，都必須受到正阻尼。飛機(jī)方向穩(wěn)定性和橫側(cè)穩(wěn)定性的關(guān)系飛機(jī)的方向穩(wěn)定性與橫側(cè)穩(wěn)定性是相互耦合的。飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性過強(qiáng)而方向穩(wěn)定性過弱，易產(chǎn)生明顯的飄擺現(xiàn)象，稱為荷蘭滾。飛機(jī)的橫側(cè)穩(wěn)定性過弱而方向穩(wěn)定性過強(qiáng)，在受擾產(chǎn)生傾斜和側(cè)滑后，易產(chǎn)生緩慢的螺旋下降。飛機(jī)的橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)及影響動(dòng)穩(wěn)定性的因素

飛機(jī)受到外界擾動(dòng)，產(chǎn)生的橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)是以上三種典型模態(tài)的簡單疊加而成。在擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)初期，以滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)為主擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)后期，以螺旋運(yùn)動(dòng)模態(tài)為主而介于前后兩階段之間的振蕩模態(tài)是荷蘭滾運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的側(cè)向靜穩(wěn)定性和方向靜穩(wěn)定性大小比例搭配，對(duì)飛機(jī)橫側(cè)向動(dòng)穩(wěn)定性有著重要的影響。為了保證飛機(jī)同時(shí)具有螺旋和荷蘭滾模態(tài)的穩(wěn)定性，必須使飛機(jī)的側(cè)向靜穩(wěn)定性和方向靜穩(wěn)定性保持適當(dāng)?shù)谋壤Ｓ绊戯w機(jī)側(cè)向靜穩(wěn)定性的主要構(gòu)造參數(shù)是機(jī)翼的上反角和后掠角，而后掠角是保證飛機(jī)能達(dá)到最大飛行速度所確定的，所以可通過改變機(jī)翼上反角來調(diào)整飛機(jī)的側(cè)向靜穩(wěn)定性。影響方向靜穩(wěn)定性的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是垂尾的面積及到飛機(jī)重心力臂的長度。當(dāng)力臂確定后，可以通過改變垂尾的面積來調(diào)節(jié)飛機(jī)的方向靜穩(wěn)定性。大型高速運(yùn)輸機(jī)，因?yàn)闄C(jī)身較長，繞立軸轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性增加，增大了飛機(jī)的方向靜不穩(wěn)定性。飛行速度提高，又使垂尾對(duì)方向靜穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)明顯減少，從而使飛機(jī)的方向靜穩(wěn)定性減小。相比之下，飛機(jī)側(cè)向靜穩(wěn)定性顯得過大，這對(duì)荷蘭滾模態(tài)的穩(wěn)定性是不利的，使大型高速飛機(jī)易出現(xiàn)不穩(wěn)定的荷蘭滾運(yùn)動(dòng)。為了防止這一現(xiàn)象發(fā)生，除了在飛機(jī)構(gòu)造上采取一些措施外，還可采用偏航阻尼器等裝置。偏航阻尼器安裝在方向舵操縱系統(tǒng)中，它感受飛機(jī)繞立軸轉(zhuǎn)