4飞机的平衡、稳定性与操纵性
飞机平衡控制—飞机的稳定性与操纵性
稳定性
飞机的情况也是一样，也有 稳定、不稳定和中和稳定三 种情况。
稳定性
飞机纵向稳定性（俯仰稳定性）
ห้องสมุดไป่ตู้
稳定性
飞机方向稳定性
稳定性
飞机侧向稳定性 影响飞机侧向稳定性的因素主要是机翼的上反角和后掠角。
操纵性
飞机的操纵性是飞机跟随驾 驶员操纵驾驶杆、脚蹬动作 而改变其飞行状态的特征。 飞机通过主操纵面—升降舵、 方向舵和副翼对绕3个轴的 运动进行操纵。
操纵性
飞机重心位置的前后移动会影响飞机的纵向操纵性能。 重心前移，增大同样迎角，所需要的升降舵上偏角增大，重心前移越多， 上偏角越大，但升降舵上偏角是有一定限定的，重心前移过多，就可能 出现即使驾驶杆拉到底，飞机也不能增加到所需要的迎角，因此重心位 置应有个前限，称为重心前极限。
操纵性
俯仰稳定性强的飞机，俯仰操纵时比较迟钝；俯仰稳定性弱的飞机，俯 仰操纵时比较灵敏。
飞行原理4
一、几个基本概念 二、飞机的平衡 三、飞机的稳定性 四、飞机的操纵性
一、几个基本概念
（一）、飞机的重心
1、飞机重心的概念 飞机的各部件(机身、机翼、尾翼、发动机… 等)、燃料、乘员、货物等重力(重量)的合力叫做 飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机的重心， 重力着力点的位置叫重心位置，用“ O ”表示。
（四）、飞机的焦点－－空气动力中心
1、机翼的焦点 当机翼迎角改变时，机翼的升力也要变化。假定 机冀原来升力为Y0，迎角改变后的升力为Y，则升力 改变量(∆Y)为两者之差，即：∆ Y＝Y—Y0，通常把因 迎角变化而引起的升力改变量(∆Y)叫做附加升力或升 力增量，
焦点就是当迎角改变时，机翼附加升力 (∆Y)的作用点，实验表明：在一定飞行M数下， 在小于临界迎角的范围内，不论迎角如何变化， 焦点位置基本不变。 对称形冀型，焦点位置与压力中心位置是 重合的。这是因为对称翼型当迎角α＝0时，翼 型的升力Y＝0，当α增大时，它所产生的总升 力就是附加升力，其作用点既是压力中心，又 是附加升力的作用点——焦点。 非对称翼型，其焦点和压力中心不重合， 焦点正常位于压力中心前面。
（一）、飞机的俯仰平衡
飞机俯仰平衡，是指飞机作等速直线运动，并且 不绕横轴转动的飞行状态。保持飞机俯仰平衡的条件 是作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，飞机取得俯仰 平横后，不绕横轴转动，迎角保持不变。 飞机俯仰平衡 的主要是机翼俯仰力矩和水平尾 翼俯仰力矩。机翼俯仰力矩为：
水平尾翼俯仰力矩为：
俯仰力矩的平衡：
（二）、飞机的方向稳定性
飞机在飞行中，受扰动作用后会偏离方向 平横状态，绕立轴转动进入侧滑，在扰动消夫 后，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性叫飞 机的方向稳定性。 对于具有方向稳定性的飞机来说，一旦出 现侧滑，就会产生方向稳定力矩，使飞机具有 自动消除侧滑的趋势，而且在消除侧滑的摆动 过程中，还会产生方向阻尼力矩，使方向摆动 逐濒减弱，直至消失为止。
机器的征途空天科技章节测试题及答案
机器的征途空天科技章节测试题及答案机器的征途空天科技章节测试题及答案1.1古代人类"疯狂"而"奇妙"的飞天幻想1、直升机的飞行原理来源于()A、风筝B、神火飞鸦C、弓箭D、竹蜻蜓答案:D2、神火飞鸦是()朝的一种火箭武器。
A、唐B、宋C、元D、明答案:D3、()是现代喷气发动机燃气涡轮的鼻祖。
A、走马灯B、风筝C、神火飞鸦D、竹蜻蜓答案:A4、【推断题】汉代卧褥香炉的香火随转动而转变方向。
()答案:X5、【推断题】直升机是达芬奇的重要制造之一。
()答案:1.2航空航天基本概念与飞行器类型1、航空器一般在距大地()以内活动。
A、200KMB、20KMC、50KMD、100KM答案:B2、火箭与导弹可以在()活动。
A、大气层内B、大气层外C、大气层内外D、太空中答案:C3、【多选题】航空航天是人类拓展()的产物。
A、平流层B、对流层C、大气层D、宇宙空间答案:C4、【多选题】航天可以分为()航天和()航天。
A、军用B、商用C、民用D、争论用答案:A5、【推断题】滑翔机属于轻于空气的飞行器。
()答案:X6、【推断题】平流层是唯一一个尚未有商业飞行器运行的空间。
()答案:1.3航空飞行器的历史变迁1、世界上最早的飞艇是由()制造的。
A、德国人B、英国人C、法国人D、美国人答案:C2、为使机械飞行获得成功,需要解决两个方面的问题,分别是()A、动力与平衡B、动力与升力C、(升力及动力)与平衡D、(动力及升力)与把握答案:D3、人类历史上第一次持续而有把握的飞行飞行了()A、100mB、260mC、340mD、520m答案:B4、1909年法国人布莱里奥驾驶()飞机飞越英吉利海峡。
答案: 单翼5、【推断题】航空飞行器在17世纪就得到了逐步的进展。
()答案:X6、【推断题】一战中,飞机作为一种新式武器得到了广泛应用,奠定了现代立体作战的基础。
答案:2.1运载火箭与导弹技术1、()领导研制成功V-2火箭,成为现代大型火箭的鼻祖。
飞行原理--飞机的平衡、稳定性与操纵性 ppt课件
m.a.c
15
●MAC图示
Mean Aerodynamic chord.
16
●重心位置在MAC上的表示 重心的前后位置常用重心在MAC上的投影到该翼弦
前端的距离，占该翼弦的百分数来表示。重心必须在其 前后极限范围内。
CG
Forward limit
Mean Aerodynamic chord. Aft
30
●获得方向平衡的条件：
M y 0
31
4.1.4 飞机的横侧平衡
飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和 为零，坡度不变。
32
●滚转力矩主要有:
① 两翼升力对重心产生的滚转力矩 ② 螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩
33
●获得横侧平衡的条件：
M x 0
34
4.1.5 影响飞机平衡的主要因素
44
●保持横侧平衡的主要方法
飞行员可利用偏转副翼产生的横侧操纵力矩来平衡 滚转力矩以保持横侧平衡。
纵轴
左滚
45
本章主要内容
4.1 飞机的平衡 4.2 飞机的稳定性 4.3 飞机的操纵性
46
飞行原理/CAFUC
4.2 飞机的稳定性
ppt课件
37
●起落架收放
一方面导致飞机重心移动；另一方面，起落架附加 阻力变化会引起俯仰力矩变化。
38
●重心位置变化
重心移动对机翼的俯仰力矩影响较大。
➢重心前移：
39
●保持俯仰平衡的主要方法
飞行员可利用偏转升降舵产生的俯仰操纵力矩来平 衡俯仰力矩以保持俯仰平衡。
横轴
下俯
40
② 影响方向平衡的主要因素
13
CG
X CG
飞机的稳定性和操纵性汇总
飞机重心范围的确定
飞机的重心前限
重心前移，飞机的纵向静稳定性提高，操纵性 能变坏，纵向平衡变差。 从飞机纵向平衡和纵向操纵性能的要求对飞机 重心最靠前的位置进行了限制。 重心后移，飞机的纵向稳定性减小，飞机对操 纵的反应变灵敏。 从飞机的纵向静稳定性和操纵灵敏度的要求对 飞机重心最靠后的位置进行了限制。
荷兰滚
飞机的横侧向扰动运动 及影响稳定性的因素
飞机的侧向静稳定性和方向静稳定性大小 比例搭配，对飞机横侧向动稳定性有着重 要的影响。 影响因素
侧向静稳定性——机翼上反角和后掠角。 方向静稳定性——垂尾面积及到飞机重心的力 臂。
偏航阻尼器——用在大型高速运输机上， 防止荷兰滚
4.7 飞机的横侧向操纵性
空气动力学基础（ME、AV）
第一章 第二章 第三章 第四章 大气物理学 空气动力学 飞行理论 飞机的稳定性和操纵性
第4章 飞机的稳定性和操纵性
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
飞机运动参数 飞机稳定性和操纵性的基本概念 飞机的纵向稳定性 飞机的纵向操纵性 飞机的横侧向静稳定性 飞机的横侧向动稳定性 飞机的横侧向操纵性 飞机主操纵面上的附设装置
滚转角γ
空速向量相对机体的方位
速度轴系或风轴系OVXVYVZV XV沿飞行速度方向，气动阻力沿XV负向。YV在飞 机对称面内且与飞行速度垂直。
迎角和侧滑角
迎角α
空速向量在飞机对称面Oxtyt上的投影与机体 坐标系纵轴Oxt之间的夹角。规定投影线在Oxt 轴下方时为正。 空速向量与飞机对称面Oxtyt之间的夹角。规 定空速向量偏向右侧时为正（向右侧滑为正）。
航空概论飞机的平衡安定性和操纵性
航空概论：飞机的平衡安定性和操纵性概述飞机的平衡安定性和操纵性是飞行器设计中最重要的问题之一。
正确的平衡和稳定性是确保飞机能够稳定飞行的关键，同时也保证了正确的操纵性，使飞机能够按照飞行员的意愿进行操作。
在本文中，我们将讨论什么是平衡和稳定性、如何设计一个平衡和稳定的飞机，以及如何操纵一个飞机。
飞机的平衡和稳定性飞机的重心和机翼的重心平衡是一架飞机在空中稳定飞行所需的基本条件之一。
为了保持平衡，飞机必须有一个正确的重心位置。
这个位置是在飞机中间的一个虚拟点，重力作用于这个点的位置使飞机保持平衡。
同时，飞机的机翼也有一个重心位置，这个重心位置是机翼所有部件的平均重心位置。
稳定性稳定性是指飞机在受到干扰之后能够自动回到原来的状态，从而保持飞行的状态。
稳定性是通过飞机的设计和材料选择来实现的。
飞机的稳定性可以分为静态稳定性和动态稳定性。
静态稳定性是指飞机在保持位置或姿态时的稳定性。
动态稳定性则指飞机对于干扰的快速反应能力。
设计一个平衡和稳定的飞机设计一个平衡和稳定的飞机需要考虑多个因素。
以下是一些参考：水平平衡设计者应该将水平平衡考虑在内，这样飞机才能在水平方向上保持平稳飞行。
水平平衡的几个主要元素包括下列部分：•重心：飞机的重心必须位于机翼重心的前方，这样才保证飞机保持稳定。
•机毂和发动机位置：机毂和发动机位置的不同会影响飞机的平衡。
•垂直尾翼：垂直尾翼能够帮助调整飞机的平衡。
垂直平衡设计者同样应该考虑垂直平衡的问题。
以下是设计者应该考虑的因素：•高度舵面：高度舵面能够帮助飞机在垂直方向上保持平稳飞行。
•垂直尾翼：与水平平衡类似，垂直尾翼也能够帮助调整飞机的平衡。
•重心：这里的重心是指沿着飞行器纵向的重量分布情况。
设计者必须考虑飞机的质心位置和操纵重心位置之间的关系。
机翼的大小和形状机翼的大小和形状会影响飞机的稳定性。
机翼面积越大，飞机的稳定性就越好，但是机翼越大，飞机的重量也会增加，从而影响飞机的性能。
3第三章飞机的稳定性和操纵性
第三章飞机的稳定性和操纵性飞机的稳定性在飞行中，飞机会经常受到各种各样的扰动，如气流的波动、发动机工作不稳定、飞行员偶然触动驾驶杆等。
这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态，而在偏离以后，飞机能否自动恢复原状，这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。
飞机的稳定性是飞机本身的一种特性，与飞机的操纵性有密切的关系。
例如，飞行员操纵杆、舵，需要用力的大小，飞机对杆、舵操纵的反应等，都与飞机的稳定性有关。
因此，研究飞机的稳定性是研究飞机操纵性的基础。
所谓飞机的稳定性，就是在飞行中，当飞机受微小扰动而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失以后，不经驾驶员操纵，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。
纵向稳定性飞机的纵向稳定性是指飞机绕横轴的稳定性。
当飞机处于平衡飞行状态时，如果有一个小的外力干扰，使它的攻角变大或变小，飞机抬头或低头，绕横轴上下摇摆(也称为俯仰运动)。
当外力消除后，驾驶员如果不操纵飞机，而靠飞机本身产生一个力矩，使它恢复到原来的平衡飞行状态，我们就说这架飞机是纵向稳定的。
如果飞机不能靠自身恢复到原来的状态，就称为纵向不稳定的。
如果它既不恢复，也不远离，总是上下摇摆，就称为纵向中立稳定的。
飞机的纵向稳定性也称为俯仰稳定性。
飞机的纵向稳定性由飞机重心在焦点之前来保证。
影响飞机纵向稳定性的主要因素有飞机的水平尾翼和飞机的重心位置。
下面，我们首先来看一下水平尾翼是如何影响飞机的纵向稳定性的。
当飞机以一定的攻角作稳定的飞行时，如果一阵风从下吹向机头，使飞机机翼的攻角增大，飞机抬头。
阵风消失后，由于惯性的作用，飞机仍要沿原来的方向向前冲一段路程。
这时由于水平尾翼的攻角也跟着增大，从而产生了一个低头力矩。
飞机在这个低头力矩作用下，使机头下沉。
经过短时间的上下摇摆，飞机就可恢复到原来的飞行状态。
同样，如果阵风从上吹向机头，使机头下沉，飞机攻角减小，水平尾翼的攻角也跟着减小。
这时水平尾翼上产生一个抬头力矩，使飞机抬头，经过短时间的上下摇摆，也可使飞机恢复到原来的飞行状态。
航空概论飞机的平衡安定性和操纵性图文
航空概论：飞机的平衡安定性和操纵性飞机的平衡安定性和操纵性是航空学中极为重要的概念。
本文将介绍这两个概念的含义以及与之相关的基本法则和理论模型。
飞机的平衡静态平衡静态平衡是指在飞机静止时，重心与升力的作用线，以及扭矩的平衡关系。
如果这些关系得到满足，那么静态平衡就得以实现。
一般来说，飞机的重心应该位于飞机各个机身部件的重心重合点上方，在这种情况下，飞行员就可以轻松地控制飞机飞行。
当然，在设计飞机的过程中，设计师需要充分考虑飞机的重心位置，确保其能够实现最大程度的安全性和机动性。
动态平衡动态平衡是指在飞机运动时，飞机的各个部件始终处于平衡状态，以实现稳定的飞行。
动态平衡包括长周期运动和短周期运动，其中长周期运动指的是飞机在俯仰和纵倾方向上的运动，短周期运动则是飞机在横滚方向上的运动。
飞机的安定性飞机的安定性是指在特定的条件下，飞机能够以稳定的方式飞行。
稳定飞行有重要的应用，特别是在长时间的飞行或战斗操作中。
飞机的稳定性保证了飞行员和机组人员的安全。
飞机的操纵性飞机的操纵性是指飞行员控制飞机进行特定力学操作的能力。
操纵性与飞机的设计密切相关，因为可以进行不同的机构和材料选择，以改善或限制飞机和机组人员的响应速度。
飞机平衡安定性和操纵性的影响因素下面是一些影响飞机平衡安定性和操纵性的因素：1.机翼和无尾天线的尺寸和形状2.飞行员和机组人员的响应速度和技能水平3.飞机的机身重心位置和重量分布情况4.飞机的发动机和推进器的性能和效率5.飞行环境的风速、气压、湍流状况等飞机平衡安定性和操纵性在航空学中非常重要。
对于设计师和飞行员来说，了解这些基本原理和规律是至关重要的，这有助于他们更好地理解和应对不同的飞行条件和飞机应用。
无人机模拟操控技术 3.1.5飞机的平衡、安定性和操纵性
3.1.5飞机的平衡、安定性和操纵性1、飞机的平衡飞机在天空中飞行时有爬升、俯冲和盘旋等各种飞行状态，处于不同的空间姿态；要研究飞行姿态的变化，可以假想通过飞机重心（重力的着力点叫做重心）有三个互相垂直的轴，任何姿态变化都是分别围绕这三个轴在运转。
（如下图2-2-4）横轴为俯仰轴X，纵轴为横侧轴Y，立轴航向轴Z；（图2-2-4）1、安定性当飞机因外界扰动而偏离其原先飞行状态后，如果扰动停止，飞机能自动恢复到原先状态的能力叫安定性。
根据飞机偏离其原先飞行状态方向的不同，我们可将其安定性分为下列三种：1)俯仰安定性当飞机因扰动而抬头或低头时，俯仰安定性使飞机自动恢复原先的状态。
俯仰安定性主要靠水平尾翼的空气动力来获得。
当飞机因扰动而抬头时，使机翼的迎角加大，升力也随之加大，同时机翼也将产生一个抬头力矩使飞机向上抬头。
但水平尾翼的迎角在机翼迎角加大的同时也随之加大，由于它远离重心，尾力臂较长，产生的低头力矩比机翼所产生的抬头力矩更达，使飞机低头并恢复到原来的状态。
同样道理，当飞机因扰动而低头时，水平尾翼的迎角和它产生的低头力矩也随之变小，而使飞机获得一个抬头力矩，并恢复到原来的状态。
重心位置的高低，也影响飞机俯仰安定性。
重心越低，安定性越好。
上单翼布局的飞机就是为了增加安定性。
另外，不同的翼型对飞机的俯仰安定性也会产生不同的英雄。
因为，除对称翼型外，翼型的气动压力中心均随迎角的变化而前后移动的距离，是随着中弧线弯曲度的减小而减小。
所以平凸翼型的安定性比凹凸翼型好。
对称翼型和“S”形翼型由于他们的压力中心不随迎角变化而改变，或是变动很小，所以这类翼型的飞机有着较好的安定性。
因此选择翼型不仅要看其升力、阻力特性，还应估计到安定性方面。
2)方向安定性方向安定性依靠垂直尾翼的作用而获得。
当外界的扰动使机头向左或向右偏转时，垂直尾翼的迎角由原来的零起了变化。
因此，在垂直尾翼上产生了横向空气动力，它把垂直尾翼给推了回去，回到零位后，飞机又恢复到了原来的航线。
航天科技最后考试
飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变的基本原理。
（）（1.0分）1.0分正确答案："我的答案：V32007年美国发射的轨道快车是首次在目标合作情况下进行半自主对地捕获与服务。
（）（1.0分）1.0分正确答案：x我的答案：x4TCAS与S模式应答机配合给出飞机的速度和航道变化，确定一旦出现碰撞可能性，TCAS向地面塔台发出咨询（警告）。
（）（1.0分）1.0分正确答案：x我的答案：x5“战斧”巡航导弹只能从潜艇上进行发射。
（）（1.0分）1.0分正确答案：x我的答案：x"我的答案：V导引系统是对导弹绕重心的角运动进行控制。
（）（1.0分） 飞船的制导与控制工作是由两个相互联系的分系统来完成的 ，这就是导航与制导系统和稳定 与控制系统。
（）（1.0分）正确答案:波音B-52亚音速远程战略轰炸机的绰号是“同温层堡垒”。
1.0分无人机必须遥控飞行。
（）（1.0分）1.0分正确答案：X 我的答案：X9起飞目标推力使飞机在规定时间内达到起飞速度 ，不会损伤飞机发动机。
（）（1.0分） 1.0分正确答案：V 我的答案：V10自主研制FMS,在新航行系统环境下，还必须提供全套的数据交换能力和网络通信能力，如果由外方研制，非常不利于军民两用、国防特殊用途。
（）（1.0分）1.0分正确答案：V 我的答案：V111.0分()(1.0 分)正确答案: V 我的答案:"我的答案：V导引系统是对导弹绕重心的角运动进行控制。
（）（1.0分）正确答案：X 我的答案：X12 美国“先锋”无人机可以实现周边区域的不断巡查。
（）（1.0分）1.0分正确答案："我的答案：V13空天飞机使现有预警系统和地面防空武器系统整体功能雪上加霜。
（）（1.0分）1.0分正确答案：V 我的答案：V14诱导阻力与摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力一样 ，都是废阻力。
（）（1.0分）1.0分正确答案：X 我的答案：X15*1971年4月19日,前苏联发射第一个“和平”号空间站。
航空概论2-14_飞机的平衡、安定性和操纵性
当驾驶员向右压驾驶杆时右副翼上偏、左副翼下偏， 使右翼升力减小、左翼升力增大，从而产生向右滚转的 力矩，飞机向右滚；向左压杆时，情况完全相反，飞机 向左滚转。
（三）飞机的横侧操纵性 当驾驶员操纵驾驶杆偏转副翼之后，飞机
绕纵轴滚转而改变其滚转角速度、坡度（倾斜 角）等的飞行状态的特性。
二。飞机的平衡 飞机处于平衡状态时，飞行速度的大小和
方向都保持不变，也不绕重心转动。飞机平衡 包括以下两种平衡：
(一) 作用力平衡 包括升力和重力平衡、拉力和阻力平衡。
若飞机的升力、重力不平衡，则飞机的高度会 发生变化；若飞机的拉力、阻力不平衡，则飞 机的飞行速度会发生变化
平衡条件：Y＝G P＝X
飞机的平衡、安定性和操纵性
主要内容
★ 飞机的平衡 ★ 飞机的安定性 ★ 飞机的操纵性
第三节飞机的平衡、安定性和操纵性 一．飞机的重心和机体轴 1、飞机重心
飞机各部分重力的合力着用点，称为飞机 的重心。
重力作用力点所在的位置，叫重心位置。 重心具有以下特性： (1)飞行中，重心位置不随姿态改变。 (2)飞机在空中的一切运动，无论怎样错综复杂， 总可以分解为：飞机各部分随飞机重心一道的移 动和飞机各部分绕着飞机重心的转动。
三．飞机的安定性 飞机的安定性就是在飞行中，当飞机受微
小扰动（如气流波动）而偏离原来状态，并在 扰动消失以后，不经飞行员操纵，飞机能自动 恢复原来平衡状态的特性。 1、飞机的俯仰安定性（迎角安定性）:
指飞机受微小扰动迎角发生变化，自动恢复 原来迎角的特性。飞机是通过水平尾翼产生的附 加升力，对飞机重心形成机头下俯或上仰的安定 力矩来获得迎角安定性的。此外，飞机的重心位 置对迎角安定性有较大影响，所以，飞机的配载 是很重要的。
飞行器 原理 教学课件 第5章 飞机的平衡、稳定和操纵
当舵面向上偏转时，舵面上产生的附加升力，对 升降舵的转轴亦形成力矩，通常称为铰链力矩，亦 称枢轴力矩。图
为了保持舵面的偏角不变，驾驶员必须对驾驶杆 作用一定的力，通常称为驾驶杆力，简称为杆力。
飞机在飞行时的操纵，是通过三个主舵面（操纵 面）——升降舵/全动平尾、方向舵和副翼来实现 的。 图
各个操纵面控制飞机的原理都是一样的，即通过 操纵面的偏转改变升力面上的空气动力，增加或减 少的空气动力相对于飞机重心产生一个使飞机按需 要改变飞行姿态的附加力矩。
同稳定性一样，飞机的操纵性同样可分为纵向操 纵性、航向/方向操纵性和横向操纵性。
飞机的航向静稳定性主要由垂直尾翼来保证。图
5.2.4 飞机的横向静稳定性 在飞行中，飞机受微小扰动而使横向平衡状态遭
到破坏时，在扰动消失瞬间，飞机若不经驾驶员操 纵就具有自动地恢复到原来横向平衡状态的趋势， 则称飞机具有横向静稳定性；反之，就没有横向静 稳定性。
横向平衡状态遭到破坏后，飞机同样会产生侧滑 现象。图
5.1.3 飞机的平衡及保持平衡（配平）的方法 (1) 飞机的纵向平衡及其保持方法 飞机在纵向平面内作等速直线飞行(作用在飞机
上的各力保持平衡)并且不绕横轴转动(飞机的上仰 力矩等于下俯力矩)的运动状态，称为纵向平衡。图
当飞机的纵向平衡状态遭到破坏而出现附加的不 平衡俯仰力矩时，可以借助于升降舵的偏转来产生 俯仰操纵力矩，以保持飞机原有的纵向平衡状态。
状态遭到破坏时。在扰动消失瞬间，若飞机能不经 驾驶员操纵就有自动地恢复到原来航向/方向平衡 状态的趋势，则称飞机具有航向/方向静稳定性。
飞机横航向平衡和静稳定性和操操纵
翼身干扰
结论与分析
➢机身作用
C y 0, Cl 0, Cn 0 — 机身为航向静不稳部件 (正常重心情况)
➢机翼后掠作用
0:
C y 0 Cl 0, Cn 0 机翼后掠产生横向和航向静稳定作用。 但后掠角一般由升阻要求决定。
➢翼端的作用
机翼迎风一侧的直边缘变成了前缘， 另一侧变成了后缘。 迎风直边缘上部存在侧缘吸力， 升力增加。
侧滑
侧滑角：飞行速度矢量和纵
向对称面的夹角：β；
当Vy为正时，侧滑角为正。
即右侧滑为正。
V
s
in
V ＝
y
V
图:飞机着陆的侧滑飞行
• 绕OX轴的运动称为横向运动或滚转运动； • 绕Z轴的运动称为航向运动 • 凡出现侧滑、横向或航向运动这三者之一，或其组
合统称为横侧运动。 • 典型的横侧运动：
－定常直线侧滑飞行 －定常曲线飞行
本节内容
1、横侧向运动的定义 2、典型的横侧向运动时飞机上的横侧向气动力和
力矩（定常直线侧滑和定常盘旋） 3、横航向静稳定性及横航向静稳定导数 4、如何操纵飞机实现横侧力与力矩的平衡
飞机横侧运动的基本概念
非对称的飞行运动，称为横侧运动，或横航向运动。
• 横向运动（滚转运动）； • 航向运动； • 侧滑； • 三者之一或其组合统称为横侧运动。
• 定常侧滑直线飞行中，飞机上同时作用有侧力、滚转力矩 和偏航力矩。
• 偏航力矩和滚转力矩随β的变化规律，可以通过吹风实验 得出，或者采用工程估算求得。
1定常直线侧滑飞行，作用在飞机上的侧力、横侧力矩
定常侧滑直线飞行中，飞机上同时作用有侧 力、滚转力矩和偏航力矩，力和力矩系数与 β成线性关系。
飞机的平衡
飞行学院
Flying College
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© 2008 Xinglinlin
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飞机的平衡、 §4 飞机的平衡、稳定性与操纵性
2
空气动力学
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教学要求
熟悉收放襟翼和加减油门对飞行的影响, 熟悉收放襟翼和加减油门对飞行的影响,掌握保持平 衡的方法； 衡的方法； 理解飞机为什么会有稳定性( 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) 产生原因、作用、大小)； 熟悉重心位置变动对飞机俯仰稳定性的影响
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空气动力学
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ห้องสมุดไป่ตู้
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●滚转力矩主要有 滚转力矩主要有: 滚转力矩主要有
① 两翼升力对重心产生的滚转力矩 ② 螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩
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●获得横侧平衡的条件： 获得横侧平衡的条件： 获得横侧平衡的条件
螺旋桨的拉力或 发动机的推力， 发动机的推力，其 作用线若不通过飞 机重心， 机重心，也会形成 围绕重心的俯仰力 矩。
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●获得俯仰平衡的条件： 获得俯仰平衡的条件： 获得俯仰平衡的条件
●侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一 侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一 致的飞行状态。 致的飞行状态。
固定翼无人机技术-飞机的稳定性和操纵性
本章思考题
1.静稳定性与动稳定性有什么联系和区别？ 2.什么是迎角静稳定性，受哪些因素的影响？ 3.如何提高飞机的方向静稳定性和横向静稳定性？ 4.飞机如何进行纵向、横向和方向操纵？ 5.飞机的稳定性与操纵性有什么联系？
感 谢 聆听
对于一般飞机而言，向左 压杆时，飞机左侧副翼向 上偏转，产生向下的气动 力，右侧副翼向下偏转， 产生向上的气动力，从而 使整个飞机向左滚转，向 右压杆则产生向右的滚转 。
操纵者左压遥杆/向前蹬 左脚蹬，方向舵向左偏转 ，在垂直尾翼上产生向右 的附加侧力，此力使飞机 产生向左的偏航力矩，使 机头向左偏转，如图所示 ；右压遥杆/向前蹬右脚 蹬，飞机产生向右的偏航 力矩，使机头向右偏转。
，也会使垂尾的Ccvt 减小。因此，
飞机的方向静稳定性一般会随迎角的 增大而减弱。
飞机横向静稳定性
横向静稳定性是指，飞机受到扰动偏离原横向平衡状态产生坡度，在扰动消失瞬 间飞机自动恢复原横向平衡的趋势。
m
x
0
飞机横向静稳定 ，或者称飞机具 有横向静稳定性
m
x
0
飞机横向静不稳 定，或者称飞机 不具有横向静稳 定性
2.升降副翼
对于无水平尾翼的无尾 布局飞机，为了实现俯 仰控制，设计了升降副 翼，成为同时实现飞机 俯仰（纵向）和滚转（ 横向）操纵的主操纵面 ，兼有升降舵（或全动 式水平尾翼）和副翼的 功能。
3.开裂式方向舵
既没有水平尾翼，也没 有方向舵的飞翼式布局 飞机，其左右机翼后侧 的操纵舵面不仅要能同 步上下偏转实现俯仰操 纵，还要能差动实现滚 转操纵，通过左右舵面 不对称开裂角度造成两 侧机翼的阻力差，实现 偏航操纵。
方向稳定性原理与俯仰方向一样，只是产生稳定力与阻尼力的部件是垂直尾翼以 及腹鳍。方向稳定力矩是在侧滑中产生的。方向静稳定性是指，飞机受到扰动偏离原 方向平衡状态产生侧滑角△β，在扰动消失瞬间飞机自动恢复原平衡状态的趋势。
动稳定性与动操纵性
飞机动稳定性和动操纵性学习小结研究飞机的动态响应特性，主要是研究飞机的动稳定性和动操纵性。
飞机的动稳定性通常是指处于平衡状态即作定常飞行的飞机，在受到外界小扰动情况下偏离其原始平衡状态，飞机从而产生附加力和附加力矩，在此外力和力矩作用下，飞机所表现出来的运动属性。
动稳定性一般分为动稳定、动不稳定、动中立稳定，其探究的是飞机受扰动后运动参数能否恢复到原平衡状态，是过度过程的特性。
而扰动运动可用“模态”表示，通过研究模态特性参数和动稳定性判据来研究飞机的动稳定性。
其中，飞机纵向动稳定性需要通过纵向扰动运动特征方程来研究，它有两种典型运动模态，短周期模态和长周期模态；飞机横航向动稳定性需要通过横航向扰动运动特征方程来研究，它有三种典型运动模态，分别为滚转模态、荷兰滚模态（收敛模态）和螺旋模态。
飞机的动操纵性是指飞机对飞行员的操纵反应，也就是指飞机在接受操纵后的整个过渡过程的品质及其跟随能力。
研究飞机的动操纵性可以通过研究飞机的纵向传递函数和横航向传递函数的性质来研究，飞机的典型操纵动作有阶跃型操纵、谐波型操纵、脉冲型操纵和梯形操纵，阶跃操纵时的操纵性能参数有超调量与超调度、峰值时间、调整时间、震荡次数、放大系数。
通过对典型操纵动作的操纵性能参数的分析可以判断飞机的动操纵性。
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原 平 衡 状 态
原 平 衡 状 态
● 单摆的稳定性分析
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臵的力 矩，称为稳定力矩。 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。
●焦点与俯仰稳定力矩 只有焦点的位臵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
第四章 第 56 页
② 俯仰阻尼力矩的产生
●俯仰阻尼力矩主要由平尾产生
俯仰阻尼力矩 平尾附加升力
相 转 对 动 气 方 流 向
飞机转动方向
第四章 第 57 页
③ 俯仰稳定性的判别
第四章 第 20 页
③ 拉力产生的俯仰力矩
螺旋桨的拉力或 发动机的推力，其 作用线若不通过飞 机重心，也会形成 围绕重心的俯仰力 矩。
第四章 第 21 页
●获得俯仰平衡的条件：
M Z 0
第四章 第 22 页
4.1.3 飞机的方向平衡
飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩之和 为零，侧滑角不变或侧滑角为零。
第四章 第 67 页
●上反角在侧滑中所产生的方向稳定力矩 上反角使侧滑前翼迎角大，阻力大，从而产生方向稳定 力矩。
第四章 第 68 页
●后掠角在侧滑中所产生方向稳定力矩
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。
第四章 第 69 页
●机身、背鳍和腹鳍的方向稳定力矩的产生 机身，以及背鳍和腹 鳍也可以产生方向稳定 力矩。
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
第四章 第 46 页
●飞机的稳定性
飞机具有稳定性
第四章 第 70 页
③ 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。
阻尼力矩
转动方向 垂尾侧力
第四章 第 71 页
④ 方向稳定性与侧滑角
飞机的方向稳定性只能保持侧滑角，而不能保持飞 机的航向不变，因此也称风标稳定性。
第四章 第 35 页
② 影响方向平衡的主要因素
一边机翼变形导致两侧阻力不同、两侧发动机工 作状态不同以及螺旋桨副作用影响等。
飞行员可利用 偏转方向舵产生的 方向操纵力矩来平 衡偏转力矩以保持 方向平衡。
第四章 第 36 页
③ 影响飞机横侧平衡的因素
一边机翼变形导致两侧升力不同、油门改变和重心 移动等。 飞行员可利用 偏转副翼产生的横 侧操纵力矩来平衡 滚转力矩以保持横 侧平衡。
第四章 第 23 页
●侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一 致的飞行状态。
第四章 第 24 页
●偏转力矩主要有:
① 两翼阻力对重心产生的偏转力矩 ② 垂尾侧力对重心产生的偏转力矩 ③ 双发或多发飞机拉力产生的偏转力矩
第四章 第 25 页
●获得方向平衡的条件：
M y 0
第四章 第 26 页
第四章 第 15 页
4.1.2 飞机的俯仰平衡
飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之 和为零，迎角不变。
第四章 第 16 页
●俯仰力矩主要有:
① 机翼产生的俯仰力矩 ② 水平尾翼产生的俯仰力矩 ③ 拉力（或推力）产生的俯仰力矩
CP
CG
第四章 第 17 页
① 机翼产生的俯仰力矩
机翼产生的俯仰力矩的大小最终只取决于飞机重 心位臵、迎角和飞机构型。
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。
第四章 第 62 页
① 主要方向稳定力矩的产生
方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。
第四章 第 63 页
●由垂尾产生的方向稳定力矩
第四章 第 64 页
●垂尾面积的影响
第四章 第 40 页
4.2.1 稳定性概念及条件
● 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。 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 臵。此外，摆锤在摆动过程中还受到空 气阻力形成的力矩作用。 单摆在这两个力矩的共同作用下， 最终回到原平衡状态。
俯仰力矩系数：
mZ
MZ 1 2 V S cMAC 2
俯仰力矩系数曲线：
第四章 第 58 页
●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： m
m Z
Z
mz
抬头
mz α
α
低头
第四章 第 59 页
① 影响俯仰平衡的主要因素
● 加减油门
● 收放襟翼
● 收放起落架 ● 重心变化
第四章 第 30 页
●加减油门
加减油门不仅直接 影响拉力或推力力矩 的大小，还会影响到 机翼和尾翼力矩的大 小。
第四章 第 31 页
●襟翼收放
放襟翼机翼升力增大，同时升力作用点（压力中 心）后移，下俯力矩增加；另一方面，放襟翼使下 洗增大，平尾负升力增大，抬头力矩变大。
正的静稳定性
中立静稳定性
负的静稳定性
第四章 第 44 页
●静稳定性与动稳定性
正的动稳定性（稳定） 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 中立动稳定性 扰运动的时间响应历 程问题。 振幅
负的动稳定性（不稳定）
第四章 第 45 页
●飞机稳定性的定义
4.1.4 飞机的横侧平衡
飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和 为零，坡度不变。
第四章 第 27 页
●滚转力矩主要有:
① 两翼升力对重心产生的滚转力矩 ② 螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩
第四章 第 28 页
●获得横侧平衡的条件：
M x 0
第四章 第 29 页
4.1.5 影响飞机平衡的主要因素
原 平 衡 状 态
原 平 衡 状 态
第四章 第 42 页
● 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
第四章 第 43 页
●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。
外力 外力 外力
第四章 第 8 页
III. 绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转
第四章 第 9 页
② 重心（Center of Gravity）
飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫 飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。
第四章 第 10 页
② 重心（Center of Gravity）
飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机 重心一起的移动和飞机各部分绕重心的转动。
一般情况 下机翼产生 下俯力矩。 但当重心后 移较多且迎 角有很大时， 则可能产生 上仰力矩。
第四章 第 18 页
② 平尾产生的俯仰力矩
在正常飞行中，水平尾翼产生负升力，故水平尾 翼力矩是上仰力矩。当迎角很大时，也可能会产生 下俯力矩。
第四章 第 19 页
② 平尾产生的俯仰力矩
水平尾翼产生的俯仰力矩取决于机翼迎角、升降舵 偏角和流向水平尾翼的气流速度。
●俯仰力矩系数曲线 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。
焦点
重心
mz
抬头
mz
α
α
低头
第四章 第 60 页
④ 俯仰动稳定性
俯仰动稳定性分为长周期运动和短周期两种。
长周期 运动
位移量 短周期 运动
第四章 第 61 页
4.2.3 飞机的方向稳定性
●什么是方向稳定性
第四章 第 32 页
●起落架收放
一方面导致飞机重心移动；另一方面，起落架附加 阻力变化会引起俯仰力矩变化。
第四章 第 33 页
●重心位臵变化
重心移动对机翼的俯仰力矩影响较大。
第四章 第 34 页
●保持俯仰平衡的主要方法
飞行员可利用 偏转升降舵产生的 俯仰操纵力矩来平 衡俯仰力矩以保持 俯仰平衡。
第四章
飞机的平衡、稳定性与 操纵性
飞行原理/CAFUC
飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩 作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述 飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变 的基本原理。
第四章 第 2 页
本章主要内容
4.1 飞机的平衡 4.2 飞机的稳定性
4.3 飞机的操纵性
第四章 第 3 页
●平均空气动力弦（MAC） 重心的前后位臵常 用重心在MAC上的投 影到该翼弦前端的距 离，占该翼弦的百分 数来表示。
几何中心
●标准平均弦（SMC） 标准平均弦等于机翼面积与翼展的比值。
第四章 第 14 页
③ 飞机的平衡
飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两个方面。 本节只分析各力矩的平衡。 相对横轴(OZ轴)——俯仰平衡 相对横轴(OY轴)——方向平衡 相对横轴(OX轴)——横侧平衡
相对气流
垂尾面积越大， 方向稳定力矩越大。
较小侧力 （面积小） 稳定力矩