第四章飞机的平衡稳定性操纵性

平尾附 加升力
扰动运动消失 迎角恢复原值
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第四章 第 10 页
飞机的平衡可以从两个方面进行分别研究
飞机的纵向平衡（或俯仰平衡） 飞机的侧向平衡
第四章 第 11 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。
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●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
➢ 俯仰稳定性 ➢ 方向稳定性 ➢ 横侧稳定性
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●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
第四章 第 31 页
●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
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●静稳定性与动稳定性
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2、飞机的稳定性
飞机的俯仰稳定性 飞机的方向稳定性 飞机的横侧稳定性 飞机的侧向稳定性
称物体是动稳定的。
动稳定性研究物体受
扰运动的时间响应历
程问题。
振幅
正的动稳定性（稳定） 中立动稳定性
负的动稳定性（不稳定）
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●飞机稳定性的定义
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。
心在飞机某一特定翼弦（wenku.baidu.com均空气动力弦或标准平均弦）
上的投影到该翼弦前端的距离，占该翼弦长度的百分数
来表示。
重心
XG XG 100%
bMCA
X重
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CMCA
●平均空气动力弦（MAC）
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。
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。
CP
CG
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●获得俯仰平衡的条件：
MZ 0
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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 15 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。
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●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 17 页
●获得方向平衡的条件：
My 0
第四章 第 18 页
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 19 页
●滚转力矩主要有:
态原
平
物体受扰偏离原平衡状态后，自动 衡 出现的、力图使物体回到原平衡状态 状
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状 态 原 态的、方向始终与运动方向相反的力 平
矩，称为阻尼力矩。
衡
状
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● 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
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●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
正的静稳定性
中立静稳定性
负的静稳定性
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●静稳定性与动稳定性
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，
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常用的坐标系 机体坐标系 气流坐标系
第四章 第 9 页
飞机的平衡
• 飞机的平衡：所有作用在飞机上的力之和等于零，各 力绕重心构成的诸力矩之和也等于零的飞行状态。
• 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
第四章
飞机的静稳定性与操纵性 飞机的动稳定性
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
1、飞机的平衡 2、飞机的稳定性 3、飞机的操纵性
第四章 第 3 页
飞机的平衡
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。
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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
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较大正迎角
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
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：
Mx 0
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本章主要内容
1、飞机的平衡 2、飞机的稳定性 3、飞机的操纵性
第四章 第 22 页
思考：什么是稳定性？
第四章 第 23 页
稳定性概念及条件
4.2.1 稳定性概念及条件 态 原
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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。
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① 俯仰稳定力矩的产生
●俯仰稳定力矩主要由平尾产生
平
● 单摆的稳定性
衡
状
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
置。此外，摆锤在摆动过程中还受到空
气阻力形成的力矩作用。
态原
平
衡
单摆在这两个力矩的共同作用下， 状
最终回到原平衡状态。
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● 单摆的稳定性分析
飞机的重量与重心
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。
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飞机的重量与重心
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。
重心CG
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●重心位置的表示
飞机重心所在的位置(左右对称、前后位置)，常用重