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。
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
第四章-固定翼无人机飞行平衡、稳定和操纵性一
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
1.机体坐标轴
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
• 固定翼无人机的坐标轴和力矩
2.作用在无人机上的力矩 俯仰力矩-----绕横轴（OZ轴）的转动力矩
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
2.作用在无人机上的力矩 偏航力矩-----绕立轴（OY轴）的转动力矩
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
3.平均气动弦长 假想的矩形翼的面积、空气动力及俯仰特性与 原机翼相同。
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
• 固定翼无人机的坐标轴和力矩
1.机体坐标轴 机体坐标系是指固定在无人机上的遵循右手法 则的三维正交直角坐标系，其原点位于无人机 的质心，OX轴位于无人机参考平面内平行于机 身轴线并指向无人机前方，OZ轴垂直于无人机 参考面并指向无人机右方，OY轴在参考面内垂 直于XOZ平面
无人机空气动力学与飞行 原理
第4章 固定翼无人机飞行平衡、稳 定性和操纵性
4.1 固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩 4.2 固定翼无人机的平衡 4.3 固定翼无人机的稳定性 4.4 固定翼无人机的操纵性
固定翼无人机的重心、坐标轴和力矩
• 固定翼无人机重心
1.重心 固定翼无人机各部分重力的合力的作用点成为 重心，位置包括前后、左右和上下的位置，一 般固定翼无人机左右对称，因此重心在对称面 上。 2.测量重心的方法 直接测量法、掉线法和称重法。
2.作用在无人机上的力矩 滚转力矩-----绕纵轴（OX轴）的转动力矩
固定翼无人机的平衡
• 固定翼无人机的平衡
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 ➢ 相对立轴(OY轴)——方向平衡 ➢ 相对纵轴(OX轴)——横侧平衡
飞机的平衡
飞行学院
Flying College
xinglinlin0516@
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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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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。
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。
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。
空气动力学基础飞机的稳定性和操纵性
空气动力学基础：飞机的稳定性和操纵性概述在航空领域，空气动力学是一个非常重要的领域，它涉及到飞机的设计、性能和控制。
本文将讨论飞机的稳定性和操纵性，这是任何一款飞机都必须具备的基本属性。
空气动力学基础在理解飞机的稳定性和操纵性之前，我们需要了解一些空气动力学的基础知识。
升力和阻力在飞机飞行时，空气会对它产生一个向上的力，这个力被称为升力。
同时，空气也会对飞机产生一个与飞行方向相反的力，这个力被称为阻力。
升力和阻力都与飞机的速度、机翼的形状和机翼倾斜的角度有关。
正常力和重力在飞机飞行时，它受到的重力恒定，它所产生的升力也要与它的重力相平衡。
正常力是垂直于飞机的力，在水平飞行时，正常力等于重力。
弯曲和滑行当飞机进行弯曲飞行时，机翼的形状和倾斜的角度会发生变化，这将改变升力和阻力的大小和方向。
飞机在弯曲时所受到的外部力量有：惯性力、升力和质心的向心力。
飞机的稳定性飞机的稳定性是指在不同的飞行条件下，飞机能够保持平衡，不发生剧烈的变化。
稳定性是一款飞机必须具备的属性，否则它将无法保持安全的飞行。
长itudinal稳定性长纵向稳定性是指飞机绕俯仰轴的稳定性。
当飞机降低鼻部时，空气会产生向上的升力，使得飞机重新上升，保持平衡。
lateral稳定性横向稳定性是指飞机沿横滚轴的稳定性。
当飞机向一侧倾斜时，对应的机翼会受到更多的升力和阻力，使得飞机重新保持平衡。
定常稳定性定常稳定性是指在稳定状态下，飞机可以保持平衡。
这对于飞机的飞行以及操纵来说非常重要。
飞机的操纵性飞机的操纵性是指驾驶员控制飞机时的灵活性和可控性。
飞机的操纵性取决于飞机的设计和飞行控制系统。
增加操纵性的方法增加飞机的操纵性可以通过以下方法实现：•设计更大的机翼•增加襟翼的数量和面积•增加水平尾翼的大小和面积•增加垂直尾翼的面积和高度•使用高性能的飞行控制系统整体飞行性能除了稳定性和操纵性之外，整体飞行性能也是飞机设计中的关键因素。
整体飞行性能包括速度、升限、爬升速率、最大航程以及最大功率等。
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。
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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飞机的方向静稳定性
方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。
左侧滑——左偏航力矩
右侧滑——右偏航力矩
●由垂尾产生的方向稳定力矩
●垂尾面积的影响
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
扰动
相对气流
扰动
较大侧力 （面积大）
稳定力矩
影响飞机方向静稳定性的其他因素
俯仰稳定性 方向稳定性 横侧稳定性
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
飞机的纵向稳定
飞机受到扰动，产生绕横轴（OZt）的偏转，飞 机迎角变大或者变小，扰动消失后，不经驾驶员 操纵，飞机能自动恢复到原飞行状态的能力叫纵 向稳定性，也叫俯仰稳定性。
飞机的侧向稳定性
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。
气动力系数随马赫数的变化关系
翼型空气动力的变化是与翼型表面流场的变化密 切相关的。
全机焦点
影响因素：机翼、机身和水平尾翼。 在低速飞行时（M<Mcr），全机焦点的位置保
持不变，不随迎角改变。
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 X’F和重心X’W之间的相对位置。
●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
●获得横侧平衡的条件：
M x 0
飞机的方向平衡
作用在飞机上的气动力对机体OYt轴产生的力矩 叫偏航力矩，用My表示。力矩矢量与Yt轴正方 向一致时，偏航力矩为正。 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。
姿态角
偏航角
滚转角
俯仰角
姿态角
俯仰角θ
机体坐标系纵轴(OXt)与水平面之间的夹角。
规定机头上仰时为正。
偏航角ψ
机体坐标系纵轴(OXt)在水平面上的投影与地 面坐标系Axd轴之间的夹角。规定当飞机向左
偏航时为正。
滚转角γ
飞机对称面与包含Oxt轴的铅垂面之间的夹角。
规定当飞机向右滚转时为正。
周期很短、衰减很快的短周期模态；这种 运动模态主要发生在干扰消失后的最初阶 段。 周期很长、衰减很慢的长周期模态。这种 运动模态主要发生在扰动运动的后一阶段。
纵向扰动运动的模态及其特征
短周期模态 飞机的扰动运动主要是飞机绕重心的摆动 过程，表现为迎角和俯仰角速度周期性迅 速变化，而飞行速度则基本上保持不变。 一般情况下，飞机的这种短期振荡运动在 开始的头几秒内就基本结束了。
态或固定状态时，在相应于飞机形态的失 速速度与最大允许速度之间产生的任何短 周期振荡，必须受到重阻尼。
4.5 飞机的横侧向静稳定性
飞机的侧向平衡
作用在飞机上的气动力对机体OXt轴产生的力矩 叫滚转力矩，用Mx表示。力矩矢量与Xt轴正方 向一致时，滚转力矩为正。 飞机的侧向平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之 和为零，坡度不变。
空速向量相对机体的方位
迎角α 侧滑角β
迎角
侧滑角 空速向量，即相对气流V∞
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）。
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。
② 平尾产生的俯仰力矩
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。 纵向上反角
机翼安装角与水平尾翼安装角之差。
纵向上反角
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。
垂尾侧力
侧力力臂 侧滑方向
●上单下反后掠布局
在飞机的设计中，为取得合适的侧向稳定性，往往采 用这几种机翼构型的组合。下图为上单下反后掠布局。
飞机方向静稳定性的条件
飞机具有方向静稳定性的条件，飞机受到 扰动绕OY轴偏转，产生侧滑角β 时，如果 由于侧滑角引起的偏航力矩力图使飞机对 准来流，消除侧滑角，飞机就具有方向静 稳定性。
静稳定性与动稳定性
静稳定性
研究外界扰动消失后，物体是否有回到原始平衡位置 的趋势，也就是扰动消失后，物体的瞬间运动。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
静稳定性与动稳定性
动稳定性 研究外界扰动消失 后，物体回到原平 衡位置的运动过程， 是研究物体受扰运 动的时间响应历程 问题。 扰动是收敛的，物 体最终回到原始平 衡位置，物体具有 动稳定性。
上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳 定力矩。
上反角 横轴 后掠角 机身
●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。
●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。
飞机的侧向阻尼力矩主要由机翼产生
飞机在受扰后的转动过程中，由于机翼存在附加 上、下气流分量，使两翼迎角不等，从而导致两翼升 力不等，这一阻尼力矩对飞机转动起阻碍作用。
滚转方向
阻尼力矩方向
●滚转对两翼迎角的影响
滚转附加 气流速度 上扬机翼迎角 减小
滚转附加 气流速度
下沉机翼迎角 增大
方向阻尼力矩主要由垂尾产生
影响飞机实用重心位置的因素
货物的装载情况、乘客的位置、燃油的数量及 消耗、飞机的构型。
影响飞机纵向静稳定性的因素
影响飞机焦点位置的因素
飞行Ma数、水平尾翼、飞机构型、纵向 操纵系统的安装间隙和弹性间隙。
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。 影响因素
●获得俯仰平衡的条件：
M Z 0
纵向平衡
水平尾翼的重要作用一（纵向配平） 保证飞机在不同速度下进行定常直线飞行的纵向 平衡。
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。
焦点
重心
翼型的焦点
翼型焦点的概念
翼型的焦点，就是迎 角改变时机翼升力增 量的作用点。 试验表明，在小于临 界迎角的范围内，焦 点位置不随迎角而改 变。 现代翼型其焦点位置 大都位于距翼型前缘 的25%弦长的地方。
长周期运动模态
飞机的扰动运动主要是飞机重心运动的振 荡过程，表现为飞行速度和航迹倾斜角周 期性的缓慢变化，飞机的迎角基本恢复到 原来的迎角并保持不变。 这一振荡过程衰减很慢，形成长周期运动 模态。
纵向扰动运动的模态及其特征
在飞行过程中，驾驶员对这两种运动模态 的感觉和要求是不同的。 CCAR-25部规定：在主操纵处于松浮状
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。
Mz 0
●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
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 心位置、迎角和飞机构型。
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。
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
4.1 飞机运动参数
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 坐标系之间的方向关系来确定，并用姿态 角表示出来。 俯仰角θ 偏航角ψ 滚转角γ
纵向静稳定
纵向静不稳定
飞机纵向静稳定性的条件
①
②
③
全机焦点位于重心之后(X’F>X’W)：飞机 是纵向静稳定的。 全机焦点位于重心之前(X’F<X’W) ：飞 机是纵向静不稳定的。 全机焦点位于重心之上(X’F=X’W) ：飞 机具有纵向中立静稳定性。
飞机纵向静稳定性的条件
纵向静稳定余量：全机焦点和重心之间的距离 KF=X’F-X’W>0。对于民用飞机KF=10%15%(bA)。
侧滑角β
4.2 飞机稳定性和操纵性的基本概念
4.2.1飞机的稳定性 飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡 状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状 态的能力。 纵向稳定性 侧向稳定性 方向稳定性
稳定性的概念
稳定性的两个要素
扰动后有稳定力矩。 扰动后有阻尼力矩。
稳定性
静稳定性 动稳定性
水平尾翼的重要作用二 为飞机提供必要的纵向静稳定性。
影响飞机纵向静稳定性的因素
①
握杆和松杆对飞机纵向静稳定性的影响 对于没有安装助力器的飞机，与握杆飞行相比， 松杆飞行时，全机焦点的位置前移了，纵向静 稳定性减少了。