第四章 飞机的稳定性和操纵性
飞机的机动性、稳定性、操纵性
飞机的操纵性
一、飞机的纵向（俯仰）操纵
飞机的纵向（俯仰）操纵是指飞行员前后推拉 驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎 角等飞行状态。 横轴
下俯
全动式高低平尾升降舵
平尾大致分为普通平尾和全动平尾两大类： 1.普通平尾：升降舵可偏转，安定面不可偏转； 2.全动平尾：整个水平尾翼均可偏转。
2.机翼后掠角： 飞机受干扰右倾斜 → 升力随其倾斜 → 而后 掠角→流过右翼的垂直分速大于左翼→V右＞V左 → Y右＞ Y左 → 产生向左的反力矩 → 恢复横向
稳定。 （见图2—46）
3.垂 直 尾 翼：
飞机受干扰右倾斜 →垂尾右侧受空气动力 →产生左滚力矩→恢复横向稳定。 （见图2—47）
§2-8
平衡，而在扰动消失后又自 动恢复原平衡状态的特性。
附加升力对重心形成力矩
1.△Y： 迎角变化时，机 翼、平尾上附加 升力的和。 2.△M： △Y对飞机的重 心形成稳定与不 稳定力矩。
△Y
飞机纵向静稳定性的条件：焦点在重心之后
只有焦点的位置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。
低平尾升降舵
全动式平尾 高平尾升降舵
二、飞机的横侧操纵
飞机的横侧操纵是指飞行员左右压驾驶盘操纵副翼 以后，飞机绕纵轴横滚的飞行状态。
三 、 飞机的方向操纵
飞机的方向操纵是指飞行员前后蹬脚蹬操纵方向舵 以后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的 特性。
§2-6、7、8作业
1.什么是飞机的盘旋、筋斗和横滚？ 2. 飞机的稳定性包括哪三方面？ 3.飞机的纵向稳定中，为什么焦点要在重心之后？ 4.什么是侧滑？飞机是如何恢复方向平衡的？ 5.飞机通过什么装置恢复其横侧平衡？ 6.飞行员如何操纵飞机的俯仰、方向、横侧平衡？
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。
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。
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）。
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。
第四章飞机的平衡稳定性操纵性 ppt课件
I. 俯仰稳定力矩主要由平尾产生
平尾可以产生
俯仰稳定力矩， 趋于保持飞机的 俯仰平衡。
俯仰转动
机翼迎角
零升迎角
较小正迎角
较大正迎角
37
平尾升力 负升力
零升力 正升力
●平尾产生俯仰稳定力矩
俯仰稳 定力矩
平尾附 加升力
扰动运动消失 迎角恢复原值
38
瞬间受扰 机头上抬
焦点定义 翼型上，以1/4弦长处为距心，得到翼型的升力L和使
4.2.2 飞机的俯仰稳定性
●什么是俯仰稳定性
飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微 小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞 机自动趋向恢复原平衡状态的特性。
飞机的俯仰稳定性是由俯仰稳定力矩和俯仰阻 尼力矩共同作用的结果。
35
① 俯仰稳定力矩的产生
●俯仰稳定力矩主要由平尾产生
水平尾翼
正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的 安装角更小。
动出现的、力图使物体回到原平衡状 态
态的、方向始终指向原平衡位置的力
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 原
状态的、方向始终与运动方向相反的 平
力矩，称为阻尼力矩。
衡 状
态
26
● 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
俯仰稳定性 方向稳定性 横侧稳定性
30
●飞机的稳定性
飞机具有稳定性 飞机不具有稳定性
飞机具有中立稳定性
31
●飞机的稳定性
飞机在平衡状态受到小扰动后的几种基本运动形式
32
●静稳定性与动稳定性
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。
第三讲 飞行性能、稳定性、操纵性
俯冲、筋斗和跃升
战斗转弯
飞机的稳定性和操纵性
稳定的概念： 物体的稳定是指当物 体处于平衡状态时，受到 微小的扰动而偏离了原来 的平衡状态，在扰动消失 后能自动恢复到原来的平 衡状态的特性。
飞机的稳定性和操纵性
平衡状态：外力与外力矩之和都为零。 平衡状态常会因为各种因素的影响而遭到破坏 （如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、发动 机推力改变或投掷炸弹等）。
飞机的稳定性和操纵性
当飞机受到方向扰动发生偏航后，气 流与垂直尾翼之间就有了夹角，使垂直尾 翼上产生附 加侧向力， 相对绕纵轴 （x轴）的稳定叫侧 向稳定，它反映了 飞机的滚转稳定特 性。 保证飞机侧向 稳定的主要因素有 机翼上反角ψ、机翼 后掠角χ和垂直尾翼。
• 减速板 F15
• 反推力装置
反推力装置是安 装在发动机上的附设 装置，打开时，对发 动机的喷气流造成阻 挡，从而形成向前的 反推力。
反推力装置
减少着陆距离的另一措施-----减速伞
飞机的飞行性能——机动性能
盘旋飞行
筋斗 俯冲 跃升 战斗转弯
盘旋性能
对于战斗机来说，水 平盘旋飞行时半径大小是 至关重要的。影响最小盘 旋半径的因素很多，比较 粗略地分析可以认为飞机 的最大升力系数决定它的 最小盘旋半径。
飞机的稳定性和操纵性
重心与气动重心位置对稳定性的影响
(a) 重心位于焦点之前，纵向静稳定 (b) 重心位于焦点之后，纵向静不稳定
飞机的稳定性和操纵性
飞机绕立轴（y 轴） 的稳定叫方向稳定，也叫 航向稳定。 飞机主要靠垂直尾 翼来保证其方向稳定。 飞机的侧面迎风面 积、机翼后掠角、发动机 短舱等对飞机的方向稳定 也有一定的影响。
飞机的稳定性和操纵性
空气动力学基础04飞机的稳定性和操纵性
松杆：受扰动后，迎角发生改变，升降舵面也随风发生偏转 ，使平尾产生附加的纵向力矩，大小与迎角成正比则此稳定 性与握杆状态下不同。
升降舵随风偏转对飞机静稳定性的影响：
当扰动使飞机抬头增加迎角时，升降舵会顺气流方向向上偏 转，在平尾上产生的附加纵向力矩是正值，使飞机抬头进一 步偏离原飞行姿态的趋势，所以飞机的纵向静稳性减少。
飞机具有纵向动稳定性的条件：有足够的纵向静稳定力 矩（必要条件）和足够的俯仰阻尼力矩（充分条件）。
1.俯仰阻尼力矩
俯仰摆动，飞机上的升力增量产生俯仰力矩：
飞机抬头，重心前各处相对气流向上运动，实际气流=迎面气 流速度+相对向下运动速度，因此当地迎角减小；
飞机抬头，重心后各处相对气流向下运动，实际气流=迎面气 流速度+相对向上运动速度，因此当地迎角增加；
飞机水平尾翼的一个重要作用就是保证飞机在不同速度下进 行定常直线飞行的纵向平衡
2.全机焦点
全机焦点
由于迎角的改变而引起的飞机气动升力增量的作用点。
影响因素
机翼、机身和水平尾翼。
在低速飞行时，全机焦点的位置保持不变。
3. 飞机纵向静稳定性的条件
在小迎角下飞机纵向静稳定性只取决于全机焦点和重 心之间的相对位置。
飞机的操纵性分类
纵向操纵性
飞机按照驾驶员的操纵指令，绕横轴转动，增大或减少迎角 ，改变原飞行姿态的能力。
侧向操纵性
飞机按照驾驶员的操纵指令，绕纵轴滚转，改变原飞行姿态 的能力。
方向操纵性
飞机按照驾驶员的操纵指令，绕立轴转动，向左或向右偏转 ，改变原飞行姿态的能力。
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。
《飞行原理》教学课件—飞飞机的平衡、稳定性和操纵性
主编:杨俊杨军利叶露第 4 章飞机的平衡、稳定性和操作性CONTENTS02目录 4.1飞机的平衡4.2飞机的稳定性4.3飞机的操作性0301飞机的平衡4.11. 飞机的重心重心可以视为整个物体全部质量的集中点，同时它也是物体的平衡点。
对于形状规则的物体，其重心就是该物体的几何形心。
物体的重心1. 飞机的重心飞机是一个多物体系统，飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫做飞机的重力。
飞机重力的着力点叫做飞机重心（Center of Gravity，用 CG表示 ）。
重力着力点所在的位置，叫做重心位置。
重心的前后位置，常用重心在某一特定翼弦上的投影到该翼弦前端的距离占该翼弦的百分比来表示。
这一特定翼弦，就是平均空气动力弦（Mean AerodynamicChord，用 MAC表示）。
知道平均空气动力弦的位置和长度，就可定出飞机重心的前后位置。
平均空气动力弦重心位置表示法2. 飞机的机体轴OZ 垂直于对称面，指向右。
飞机的俯仰平衡，是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零。
飞机取得俯仰平衡后，不绕横轴转动，迎角保持不变。
作用于飞机的俯仰力矩有很多，主要有：机翼产生的俯仰力矩、水平尾翼产生的俯仰力矩、拉力（或推力）产生的俯仰力矩。
主要的俯仰力矩机翼产生的俯仰力矩是机翼升力对飞机重心所构成的俯仰力矩，用M 翼表示。
水平尾翼产生的俯仰力矩是水平尾翼负升力对飞机重心所形成的俯仰力矩，用M尾 表示。
平尾迎角螺旋桨的拉力或喷气发动机的推力，其作用线若不通过飞机重心也会形成绕重心的俯仰力矩，这叫拉力或推力力矩，用z拉M 或z推M 表示。
对于同一架飞机来说，拉力或推力形成的俯仰力矩的大小主要受油门位置的影响。
增大油门，拉力或推力增大，俯仰力矩增大。
飞机的方向平衡，是作用于飞机的各偏转力动，侧滑角不变或侧滑角为零。
侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。
从驾驶舱方向来看，如果相对气流从左前方吹来，叫做左侧滑；如果从右前方吹来，叫做右侧滑。
飞机的平衡
飞行学院
Flying College
xinglinlin0516@
© 2008 Xinglinlin
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飞机的平衡、 §4 飞机的平衡、稳定性与操纵性
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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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●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。
飞行原理复习题(选择答案)-2
第一章：飞机和大气的一般介绍一、飞机的一般介绍1. 翼型的中弧曲度越大表明A:翼型的厚度越大B:翼型的上下表面外凸程度差别越大C:翼型外凸程度越大D:翼型的弯度越大2. 低速飞机翼型前缘A:较尖B:较圆钝C:为楔形D:以上都不对3. 关于机翼的剖面形状（翼型），下面说法正确的是A:上下翼面的弯度相同B:机翼上表面的弯度大于下表面的弯度C:机翼上表面的弯度小于下表面的弯度D:机翼上下表面的弯度不可比较二、1. 国际标准大气规定的标准海平面气温是A:25℃B:10℃C:20℃D:15℃2. 按照国际标准大气的规定，在高度低于11000米的高度上，高度每增加1000米，气温随季节变化A:降低6.5℃B:升高6.5℃C:降低2℃D:降低2℃3. 在3000米的高度上的实际气温为10℃，则该高度层上的气温比标准大气规定的温度A:高12.5℃B:低5℃C:低25.5℃D:高14.5℃4. 在气温比标准大气温度低的天气飞行，飞机的真实高度与气压高度表指示的高度（基准相同）相比，飞机的真实高度A:偏高B:偏低C:相等D:不确定第二章：飞机低速空气动力学1. 空气流过一粗细不等的管子时，在管道变粗处，气流速度将A:变大B:变小C:不变D:不一定2. 空气流过一粗细不等的管子时，在管道变细处，气流压强将A:增大B:减小C:不变D:不一定3. 根据伯努利定律，同一管道中，气流速度减小的地方，压强将A:增大B:减小C:不变D:不一定4. 飞机相对气流的方向A:平行于机翼翼弦，与飞行速度反向B:平行于飞机纵轴，与飞行速度反向C:平行于飞行速度，与飞行速度反向D:平行于地平线5. 飞机下降时，相对气流A:平行于飞行速度，方向向上B:平行于飞行速度，方向向下C:平行于飞机纵轴，方向向上D:平行于地平线6. 飞机的迎角是A:飞机纵轴与水平面的夹角B:飞机翼弦与水平面的夹角C:飞机翼弦与相对气流的夹角D:飞机纵轴与相对气流的夹角7. 飞机的升力A:垂直于飞机纵轴B:垂直于相对气流C:垂直于机翼翼弦D:垂直于重力8. 飞机的升力主要由产生。
基本飞行原理：飞机的稳定性和操纵性
基本飞行原理：飞机的稳定性和操纵性一架飞机，除了能产生足够的升力平衡重力、有足够的推力克服阻力以及具有良好飞行性能之外，还必须具有良好的稳定性和操纵性，才能在空中飞行。
否则，如果飞机的平衡特性、稳定特性和操纵特性不好，也就是说在飞行中，飞机总是偏离预定的航向；或者稍受外界偶然的扰动，飞机的平衡即遭破坏而又不能自动恢复，需要飞行员经常花费很大的精力予以纠正；在改变飞行状态的时候，飞行员操纵起来非常吃力，而且飞机反应迟钝，那么像这样的飞机就不能算是一架战术/使用性能良好的飞机。
驾驶这样的飞机，驾驶员会被搞得精疲力尽，而且不能保证飞行安全和很好地完成预定任务。
因此对于一架战术/使用性能优良的飞机来说，不仅要求它速度大、爬升快、升限高、航程远，而且要求具备良好的平衡性、稳定性和操纵性。
飞机的平衡飞机在飞行时，所有作用于飞机的外力与外力矩之和都等于零的状态称之为飞机的平衡状态。
等速直线运动是飞机的一种平衡状态。
按照机体坐标轴系，可以将飞机的平衡分为三个方向的平衡：纵向平衡、横向平衡和方向平衡。
飞机在纵向平面内作等速直线飞行，并且不绕横轴转动（俯仰）的运动状态，称为纵向平衡；飞机作等速直线飞行，并且不绕纵轴转动（滚转）的飞行状态，称为横向平衡。
飞机作等速直线飞行，并且不绕立轴转动（偏航）的飞行状态，称为方向平衡。
飞机在飞行中，其平衡状态不是一成不变的，经常会因为各种因素（如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、发动机推力改变或投掷炸弹等）的影响而遭到破坏，从而使飞机的平衡状态发生变化。
此时，驾驶员可以通过偏转相应的操纵面来保持飞机的平衡，称为配平。
飞机的稳定性对于飞机的配平而言，不平衡的力矩是由一些长久作用的因素（如单台发动机停车）造成的，因而驾驶员适当的偏舵就可以克服。
但除此之外，飞机在飞行过程中，还常常会碰到一些偶然的、瞬时作用的因素，例如突风的扰动或偶而触动一下驾驶杆或脚蹬等，也会使飞机的平衡状态遭到破坏。
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。
第4章 飞机的平衡、稳定性和操纵性《民航飞机自动飞行控制系统》
2.1 稳定性的定义、条件和分 类 物体在不同的稳定条件下的响应情况
➢ 图所示为物体具有动中立稳定性的响应情况。根据静稳定性的不同，物体在受扰动后可以保持在偏 离状态不变，或者在原平衡位置做等幅振荡。
物体具有动中立稳定性的响应情况
2.2 飞机的稳定 性 飞机的静稳定性
➢ 飞机的静稳定性研究 飞机受扰后的最初响 应问题。
4
加减油门会改变拉力或推力的大 小，从而改变拉力力矩或推力力 矩的大小，影响飞机的俯仰平衡。
收放起落架会引起飞机重心位置的前后 移动，飞机将产生附加的俯仰力矩。
1.2 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。飞机取得方向平衡后，不绕立 轴转动，侧滑角不变或侧滑角为零。
➢ 影响飞机方向平衡的因素主要有机翼变形， 左、右两翼阻力不等，左、右两边发动机工 作状态不同等。
飞机纵轴（OX）、飞机横滚运动方向 以及横滚操纵面
1.3 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。飞机取得横侧平衡后，不绕纵轴 滚转，坡度不变或坡度为零。
➢ 影响飞机横侧平衡的因素主要有机翼变形、两 翼升力不等、油门改变导致螺旋的反作用力矩 随之改变、重心左右移动（如两翼的油箱、耗 油不均）、两翼升力作用点至重心的力臂改 变等形成的滚转力矩的改变。
《民航飞机自动飞行控制系统》
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第四章
飞机的平衡、稳定性和操纵性
目录
CONTENTS
1 飞机的平衡 2 飞机的稳定性 3 飞机的操纵性
4 飞行操纵警告系统
第1节
飞机的平衡
1 飞机的平衡
➢ 飞机的平衡是指作用于飞机上的所有外力的代数和等于零，且各力对重心所构成的力矩的 代数和也等于零的飞行状态。飞机的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和横侧平衡。
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俯仰阻尼力矩
升力增量，△L对重心产生的力矩也是一个低头力矩，阻 止飞机的上仰运动，这就是俯仰阻尼力矩。
△L后
抬头运动
阻尼力矩
△L前
2、纵向扰动运动的模态及其特征
定常直线飞行的飞机受到扰动后，在回到原平衡 姿态过程中，产生的扰动运动可以简化为由两种 典型周期性运动模态叠加而成：
① 短周期运动模态
空速向量相对机体的方位
4.2飞机稳定性和操纵性的概念
4.2.1 飞机的稳定性
1. 物体的稳定性： 处于平衡状态的物体受到外界扰动偏离平衡位臵， 当扰动消失后，物体能否恢复原来平衡位臵的特 性叫物体的稳定性。 2. 物体的三种不同平衡稳定状态： 稳定、不稳定和中立。
a、图中的小球经过振荡会自动回到原始平衡位臵， 它的平衡状态具有稳定性；
运动过程是由飞机的静稳定力矩、在俯仰摆动中产生的转 动惯量以及俯仰阻尼力矩相互作用的结果来确定。
1、俯仰阻尼力距：
飞机在俯仰摆动中迎角变化：
V’
V V ωr
V’
ωr
ωr
飞机在俯仰摆动中升力增量
重心前迎角减小，升力减小，△L是负值 重心后迎角增加，升力增加，△L是正值 △L后
△L前
4.1.1 飞机在空间的姿态 4.1.1 空速向量相对机体的方位
4.1.1 飞机在空间的姿态
飞机在空间的姿态可用机体坐标系与地面坐标系之间的关 系来确定，并用姿态角表示出来 yd 地面坐标系： xd 固定在地球表面的一种坐标系。 原点A位于地面任意选定的某一固定点。 • Ayd轴：铅垂向上。 A • Axd轴：在地面内某一选定的方向。 • Azd轴： 与Axd轴在水平面内并互相垂直。
• • 过于灵敏，很难精确控制飞机，也会因对操纵反应过大而造成失 速或结构的损坏； 过于迟钝，驾驶员不得不加大操纵量，操纵起来十分的吃力。
所以只有具备一定操纵性的飞机才适合飞行。
操纵性可以分为三个方面
1. 纵向操纵性： 飞机按照驾驶员的操纵指令，绕横轴转动，增大或减少 迎角，改变原飞行姿态的能力。 侧向操纵性： 飞机按照驾驶员的操纵指令，绕纵轴滚转，改变原飞行 姿态的能力。 方向操纵性： 飞机按照驾驶员的操纵指令，绕立轴转动，向左或向右 偏转，改变原飞行姿态的能力。
②
长周期运动模态
特 点：周期很长，衰减很慢。 发生时机：扰动消失后的后一阶段； 运动形式：飞机重心运动的振荡过程。
a. b. 飞行速度和航迹倾斜角的缓慢变化， 飞机的迎角基本恢复到原来的迎角并保持不变。
长周期运动模态
形成原因：
由于飞行速度增量的作用 ，作用在飞机上的外力仍处于
（1）握杆和松杆对飞机纵向静稳定性的影响： 假设松杆时升降舵可以自由摆动，纵向静稳定性减小。 在实际飞行中 ： ① 飞机操纵系统存在着摩擦 ； ② 传动机构的弹性间隙和装配间隙 。 理想的握杆飞行状态也是不存在的 。 尽量减少升降舵随气流的自由摆动是必要的 ，目的是减少在 松杆和握杆两种飞行状态下 ，飞机纵向静稳定的差异 。
动稳定
参数
o
t
中立动稳定
参数
o
t
动不稳定
参数
o
t
稳定性的充分、必要条件
静稳定性是平衡状态具有稳定性的必要条件。 动稳定性是平衡状态具有稳定性的充分条件。
4、飞机为什么要有稳定性
飞机的稳定性： 当扰动消失后 ，驾驶员不施加操纵的情况下 ，飞机能自 动回到原平衡状态 ，这架飞机就具有稳定性 ，否则就是 不稳定或中立的。 不稳定或中立的飞机是不适合飞行的： 它需要驾驶员不断地操纵飞机，飞行也极其危险。严重 威胁飞行安全。 所以，执行飞行任务的飞机必须具有一定的稳定性，这 点对飞行安全来说是至关重要的。
d. 飞机的构型等等
② 影响飞机焦点位臵的因素：
a. b. c. d. 飞行Ma数：超音速时，焦点后移。 水平尾翼：升降舵的偏转角和水平安定面的配平角。 飞机构型：襟翼、缝翼、起落架等的位臵。 纵向操纵系统的安装间隙和弹性间隙。
4.3.2 飞机的纵向动稳定性
飞机的纵向动稳定性研究的是飞机受到扰动后，恢复原 飞行姿态的运动过程。
第四章 飞机的稳定性和操纵性
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 飞机稳定必和操纵性的概念 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
4.1 飞机运动参数
2、全机焦点
飞机的焦点： 由于迎角的改变而引起的飞机气动升力增量的作用点。 也叫飞机的气动中心。
机身、机翼、尾翼对全机焦点位臵的影响
① 全机焦点的位臵主要取决于机翼的焦点位臵。 ② 机身的焦点靠近机头部位，所以翼 -身组合体的焦点位 臵，比机翼焦点靠前。 ③ 水平尾翼的升力在全机重心之后，且力臂较长，所以加 上尾翼之后，全机焦点位臵明显后移
XW
XW 100% bA
飞机纵向静稳定的条件
①当焦点位于重心之后时： XF＞XW；△L对重心的力矩是低头力矩，使飞机有低头 趋势，是恢复力矩，飞机具有静稳定性。 ②焦点位于重心之前： XF＜XW；△L对重心的力矩是抬头力矩，使飞机有抬头 趋势，使飞机更加偏离原来的平衡状态，飞机不稳定。 ③焦点位于重心处： XF = XW，；△L对重心力矩为零，飞机具有中立静稳定 性。
2.
3.
4.1.2 空速向量相对机体的方位
1. 2. • • • 空速向量相对机体的方位可用两个方位角表示出来： 机身迎角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，α为正。 侧滑角：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， 飞行中，空速向量一般都在飞机对称面内，侧滑角β=0， 以防止增加阻力。 但由于外界扰动或水平转弯操纵不当会产生侧滑。 在有些情况下，采用适当的侧滑角有利飞行。比如侧风 着陆、不对称动力飞行等。
④ 飞机的纵向配平
平尾抬头力矩 机翼低头力矩
④
飞机的纵向配平
飞机定常直线飞行时，不同的飞行速度要求不同的迎角。 迎角不同，机翼升力的大小及压力中心的位臵也不同， 对飞机重心会产生大小不同的低头力矩，这就必须通过 改变升降舵的偏转角，使水平尾翼产生与之相平衡的抬 头力矩来维持飞机的纵向平衡，这个过程就叫做飞机的 纵向配平。 对于每一个迎角下的定常直线飞行，都有一个升降舵的 偏转角与之对应。这个迎角就叫做该升降舵偏转角对应 的平衡角。 飞机水平尾翼的一个重要作用就保证飞机在不同速度下 进行定常直线飞行的纵向平衡。
原始平衡位臵
b、图中的小球会越来越偏离原始平衡位臵，它的平 衡状态具有不稳定性；
原始平衡位臵
C、图中的小球会停留在任意一个外界扰动使它达到 的位臵，它的平衡状态具有中立稳定性。
原始平衡位臵
3. 静稳定性与动稳定性
静稳定性：
外界扰动消失后，物体是否具有回到原始平衡位臵的趋势。
也就是扰动消失后，物体的瞬间运动 。 动稳定性： 指外界扰动消失后，物体回到原来平衡位臵的运动过程。 扰动运动是收敛的，物体最终回到原始平衡位臵，物体平 衡状态就具有动稳定性，否则就是动不稳定的
Mz=0， 也就是Cmz=0
对飞机纵向力矩起主要作用的是机翼 、 水平尾翼的气 动升力 和发动机的推力。
L机翼 L平尾
飞机重心 机翼压力中心
机翼上的气动升力对飞机产生使机头向下的俯仰力矩(－Mz)。 水平尾翼上的气动升力对飞机产生使机头向上的俯仰力矩(＋Mz)。 当两个力矩互相抵消时，飞机的纵向力Mz =0，飞机保持纵向平衡。
慢，驾驶员有足够的时间进行纠正，所以对这种模态特性 的要求就比前者要低。
4.4 飞机的纵向操纵性
4.4.1 水平尾翼
水平尾翼结构：
a. 水平安定面：前面的固定不动(或安装角可调)。 b. 升降舵组：后面可绕转轴偏转。
功用： 纵向操纵、纵向平衡。 升降舵偏角：用δz表示。 下偏为正，上偏为负。
亚音速飞行时，机翼的焦点一般在飞机重心之前，所以单 有机翼的飞机是纵向静不稳定的。 机身对纵向力矩的影响，使焦点向前移，所以，翼身组合 体的纵向静不稳定性更大。 将水平尾翼的作用考虑进去以后，焦点大大向后移，形成 了在飞机重心之后的全机焦点，所以水平尾翼为飞机提供 了纵向静稳定性。
4、影响飞机纵向静稳定性的因素
② 长周期运动模态。
①
短周期运动模态
特 点：周期很短，衰减很快。 发生时机：扰动消失后的最初阶段； 运动形式：飞机绕重心的摆动过程。
a. b. c. 迎角周期性迅速变化 俯仰角速度周期性迅速变化 飞行速度则基本上保持不变。
短周期运动模态
形成原因： 静稳定力矩 、运动惯性使飞机迎角和俯仰角速度 周期性迅速变化。 俯仰阻尼使飞机的俯仰摆动很快衰减。
zd
yd
滚转角γ
偏航角ψ
yt
xd
zt
zt
俯仰角θ
zd
描述飞机在空中姿态的姿态角：
1.
俯仰角θ：机体坐标系纵轴Oxt与水平面Axdzd之间的夹角，
规定上仰为正。 偏航角ψ：机体坐标系纵轴Oxt在水平面Axdzd上的投影与 地面坐标系AXd轴之间的夹角，规定飞机左偏航为正。 滚转角γ：飞机对称面Oxtyt与包含Oxt轴的铅垂面之间的 夹角，规定飞机右滚为正。
操纵系统介绍副翼源自方向舵副翼升降舵
主操纵机构
驾驶杆
驾驶盘
脚蹬
4.2.2 飞机的操纵性
1. 飞机的操纵性 在驾驶员操纵下，飞机从一种飞行状态过渡到另一种飞 行状态的特性。 2. 驾驶员操纵飞机，飞机能立即随着驾驶员的操纵改变飞 行状态，叫飞机反应灵敏；如果飞行状态改变缓慢，叫 飞机反应迟钝。 3. 灵敏性对飞行操纵的影响：