飞机稳定性分析39页PPT
飞机稳定性
一,飞机的纵向稳定性 二,飞机的横向稳定性 三,飞机的方向稳定性 四,飞机的横侧稳定性及其飘摆 五,影响飞机稳定性的因素
班级:电子 班 班级:电子D班 姓名: 姓名:吴凌翔 学号: 学号:091143428
一,飞机的纵向稳定性
(一)飞机的迎角稳定性 一 飞机的迎角稳定性 飞机的迎角稳定性——迎角恢复力矩的 迎角恢复力矩的 产生 (二)俯仰阻转力矩的产生 二 俯仰阻转力矩的产生 (三)速度稳定性 (四)飞行 数和飞行高度对飞机纵向稳定性 飞行M数和飞行高度对飞机纵向稳定性 四 飞行 的影响
飞机焦点位于飞机重心之后,飞机具有迎角稳定性, 飞机焦点位于飞机重心之后,飞机具有迎角稳定性,因为 当飞机受扰动而迎角增大时, 当飞机受扰动而迎角增大时,飞机附加升力 Y飞机 对飞机重心 形成下俯的恢复力矩, 形成下俯的恢复力矩,使飞机具有自动恢复原来迎角的趋势 ).而当飞机受到扰动而迎角减小时 (图3—4—22a).而当飞机受到扰动而迎角减小时,飞机附 ).而当飞机受到扰动而迎角减小时, 加升力对飞机重心形成上仰的恢复力矩, 加升力对飞机重心形成上仰的恢复力矩,也使飞机具有恢复原 来迎角的趋势(图3—4—22b).如果飞机焦点位于飞机重心 来迎角的趋势( ).如果飞机焦点位于飞机重心 ). 之前,飞机就没有迎角稳定性,到了当飞机受扰动迎角增大时, 之前,飞机就没有迎角稳定性,到了当飞机受扰动迎角增大时, 飞机附加升力对飞机重心形成上仰的力矩,迫使迎角更加增大. 飞机附加升力对飞机重心形成上仰的力矩,迫使迎角更加增大. 而当飞机受扰动而迎角减小时, 而当飞机受扰动而迎角减小时,飞机附加升力对重心形成下俯 的力矩,迫使迎角更加减小. 的力矩,迫使迎角更加减小. 如果飞机焦点位置与重心位置重合, 如果飞机焦点位置与重心位置重合,则当飞机受扰动以致 迎角发生变化时,其附加升力正好作用于飞机重心上, 迎角发生变化时,其附加升力正好作用于飞机重心上,对重心 形成的力矩等于零.飞机既不自动恢复原来迎角, 形成的力矩等于零.飞机既不自动恢复原来迎角,也不更加偏 离原来迎角.这时处于中和稳定情况. 离原来迎角.这时处于中和稳定情况.
第四章飞机的稳定性和操纵性空气动力学
全机焦点如果在重心之后，升力增量对重 心产生低头力矩，飞机低头运动趋势，升 力增量产生的是恢复力矩，飞机具有纵向 静稳定性 ；
全机焦点如果在重心之前，升力增量对重 心产生抬头力矩，飞机更加偏离原飞行姿 态，升力增量产生的是偏离力矩，飞机具 有纵向静不稳定性 ；
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。
飞机的纵向静稳定性
作用于飞机上的力矩
飞机纵向扰动运动过程中作用在飞机上的力矩：
静稳定力矩：由迎角增量产生的作用在焦点上的升
力增量对飞机横轴的转动力矩，企图使飞机恢复原
有姿态。也称为恢复力矩。
俯仰阻尼力矩：飞机在恢复摆动过程中，因绕重心
摆动角速度引起的与飞机摆动角速度方向相反的附
加力矩。对飞机绕重心的摆动起阻尼作用。主要由
4.1 飞机运动参数
飞机在空间的姿态：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
机体坐标系：与机体固定，原点 位于飞机重心处，坐标轴方向按 右手定则互相垂直。x轴方向指向 机头;y轴在飞机对称平面内。
地面坐标系：与地球表面固定， 原点位于地面上的任一选定点， 坐标轴方向按右手定则互相垂直。 x轴指向地球表面上某一选定方 向;x轴和z轴在水平面内;y轴铅垂 向上。
飞机的纵向力矩：使飞机绕横轴OZt 转动的俯
仰力矩，用Mz表示。规定使飞机抬头的Mz为正值， 否则为负值。 飞机是由机翼、机身、尾翼以及动力装置等部件 组成，每个部件上的气动力及发动机推力都对飞 机产生纵向力矩。 全机纵向力矩等于机翼、机身、尾翼等部件上的 气动力及发动机推力产生的纵向力矩之和。
飞机的平衡稳定性与操纵性PPT课件
飞机的稳定性是指：飞机受到小扰动（包括阵风扰 平飞中，升降舵偏角（即杆的前后位置）与速度有一定关系，而升降舵偏角与杆力也有一定关系，所以速度和杆力之间存在一定的对
应关系。
重心前移，导致动飞机和杆位操移和纵杆力扰增大动，俯）仰操后纵性，变差偏，俯离仰稳原定性平增强衡； 状态，并在扰动消失 当第焦四点 章在第重心之页后后，，飞机飞具有行俯仰员稳定不性，给这也于意味任着俯何仰力操矩系纵数曲，线斜飞率为机负。自动恢复原平衡状 第四章 第 页态（包括最初响应—静稳定性问题，和最终响应—动 影响飞机平衡的稳主要定因素性问题）的特性。
第四章 第 29 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 30 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。
第四章 第 31 页
●起落架收放
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 26 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 27 页
●获得横侧平衡的条件：
M x 0
第四章 第 28 页
影响飞机平衡的主要因素 飞机的横侧操纵性（无侧滑）
② 俯仰力矩主要有: 影响方向平衡的主要因素
第四章 第 页
第标四准章 平均第弦等于页机翼面积与一翼展边的比机值。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。 飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有几秒，修正飘摆超出了人的反应能力，修正过程中极易造成推波助澜，加大飘摆。
飞机纵向稳定性课件
防止失速
纵向稳定性好的飞机在遇 到气流扰动时能够更快地 恢复原有飞行姿态，降低 失速风险。
减轻颠簸
纵向稳定性强的飞机在遇 到气流颠簸时能够更好地 保持稳定，减轻机组和乘 客的不适感。
提高着陆安全性
纵向稳定性有助于飞机在 着陆过程中保持平稳，降 低着陆事故风险。
02 飞机纵向稳定性 原理
飞行中的平衡与稳定性
飞行测试需要专业的飞行员和测试工程师进行操作和监控，以确保测试的安全和准确性。
地面测试与模拟器测试
地面测试包括对飞机起落架、刹车系统、轮胎等部件的测试，以及在风 洞中进行的气动性能测试。
模拟器测试利用计算机模拟技术，模拟飞机的飞行状态和环境，以评估 纵向稳定性。模拟器测试具有较高的安全性和可重复性，是评估纵向稳
飞机纵向稳定性课件
目录
• 飞机纵向稳定性概述 • 飞机纵向稳定性原理 • 飞机纵向稳定性设计 • 飞机纵向稳定性控制 • 飞机纵向稳定性测试与评估 • 飞机纵向稳定性问题与改进措施
01 飞机纵向稳定性 概述
定义与重要性
定义
纵向稳定性是指飞机在受到扰动 后恢复原有飞行姿态的能力。
重要性
纵向稳定性是确保飞机安全、稳 定飞行的关键因素，有助于防止 失速、颠簸等情况发生。
重心位置对俯仰力矩的影响
重心前移会使俯仰力矩减小，重心后移则会使俯仰力矩增大。
俯仰阻尼力矩与稳定性
俯仰阻尼力矩
阻止飞机绕机体轴振动的力矩。
阻尼比
表示阻尼力矩与振幅的比值，影 响振荡衰减速度。
稳定性分析
通过分析阻尼比的正负，判断飞 机纵向振荡的稳定性。
飞机纵向振荡与稳定性
纵向振荡
飞机在飞行中出现的上下振荡现象。
探索新材料和结构优化
飞机纵向稳定性课件
03
飞机纵向稳定性控制
俯仰控制装置
升降舵
升降舵是控制飞机俯仰的主要装置，通过偏转升降舵可以产生俯仰力矩，使飞机 抬头或低头。
水平安定面
水平安定面是固定在机尾的水平翼面，它与升降舵协同工作，通过调整水平安定 面的偏转角度来控制飞机的俯仰姿态。
配平装置与调整片
配平调整片
配平调整片是位于升降舵后方的可调 小翼面，通过调整配平调整片的偏转 角度，可以改变升降舵的力矩，从而 调整飞机的俯仰姿态。
02
飞机纵向稳定性原力与机翼面积、飞 行速度和空气密度等因素有关。 在飞行过程中，机翼升力与重力 相平衡，以保持飞机的稳定。
重力
重力是地球对物体的吸引力，对 于飞机而言，重力主要作用在机 翼和尾翼上，产生向下拉力。
俯仰力矩与配平力矩
俯仰力矩
俯仰力矩是由于机翼和尾翼的升力或阻力产生的力矩，它使飞机抬头或低头。 俯仰力矩与机翼和尾翼的面积、飞行速度和空气动力中心的位置等因素有关。
振动和摆动。
问题
俯仰阻尼器可能出现问题，如阻尼 器失效、调节不当等，导致飞机出 现纵向不稳定性。
影响
俯仰阻尼器问题会导致飞机在飞行 过程中出现振动和摆动，增加飞行 员的负担，并可能影响飞机的结构 和性能。
配平装置问题
定义
配平装置是用于调节飞机姿态的 装置，通过调整飞机的水平尾翼 和副翼等部件的位置和角度，以
纵向稳定性的影响因素
01
飞机设计
合理的飞机设计能够提供更好 的纵向稳定性，如合适的重心 位置、机翼和尾翼的布局等。
02
飞行条件
飞行速度、高度和风向等因素 会影响纵向稳定性的表现。
03
飞行员操作
飞行员的操作技巧和经验对纵 向稳定性的保持至关重要，如
飞机的稳定性和操纵性PPT课件
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。
飞机重心后限
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。
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：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，否则就是动不 稳定的。
9
平衡稳定状态
10
飞机的稳定性和操纵性分类
纵向稳定性（和操纵性）
绕横轴（OZt）转动，也叫俯仰稳定性。
侧向稳定性（和操纵性）
绕纵轴（OXt）滚转，也叫滚转稳定性。
16
影响飞机纵向静稳定性的因素
握杆和松杆对飞机纵向静稳定性的影响
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。
减少升降舵的自由摆动，减少松杆和握杆飞行状态下 纵向静稳定性的差异。
飞机实用重心和飞机焦点位置的变化
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。
3
4.1 飞机运动参数
地面坐标系是固定在地球表面的一种坐标系。
4
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。
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空速向量相对机体的方位
《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。
飞机的稳定性
飞机的稳定性何挺自从1903 年莱特兄弟发明飞机以来，这种飞行工具已经越来越深入到人们生活的各个方面，在交通，运输，军事等方面都发挥了重要作用。
本文将对飞机的稳定性作一简析。
由于飞机在三维空间内运动，所以分析它的稳定性也从三个方向来讨论，如图1：x，y，z 三根轴都通过飞机重心，从机头贯穿机身到机尾的轴叫纵轴ox，指向前方；从左翼通过飞机重心到右翼并与纵轴垂直的叫横轴，（oz）通过重心并与这两根轴垂直的叫立轴图1（oy）。
绕这三根轴的三种运动分别称为滚转运动，俯仰运动，偏航运动。
1．纵向稳定：飞机绕横轴的稳定影响飞机纵向稳定的主要因素为飞机的水平尾翼，水平尾翼由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成，如右图，安定面的作用是使飞机具有适当的静稳定性。
当飞机在空中作近似匀速直线运动飞行时，常常会受到各种上升气流的影响，此时飞机会围绕质心俯仰运动。
如果飞机是静不稳定的，就无法自动恢复到原来的飞行姿态，即如果飞机受到风的扰动而抬头，那么飞机就会持续抬头，无法恢复到原来的姿态。
飞机的水平安定面就能够使飞机在俯仰方向上具有静稳定性。
当飞机水平飞行时，水平安定面不会对飞机产生额外的力矩；而当飞机受到扰动抬头时，此时作用在水平安定面上的气动力就会产生一个使飞机低头的力矩，使飞机恢复到水平飞行姿态。
当需要操纵飞机抬头或低头时，水平尾翼中的升降舵就会发生作用，使飞机进行俯仰操纵，要抬头时，就操纵升降舵向上偏转，此时升降舵所受到的气动力就会产生一个抬头的力矩M1，飞机就抬头向上了（如右图所示）。
反之，升降舵向下偏转，飞机就会在气动力矩的作用下低头。
另一个重要因素是焦点，它是这样的一个点：当飞机的迎角发生变化时，飞机的气动力对该点的力矩始终不变，因此它可以理解为飞机气动力增量的作用点。
焦点是决定飞机稳定性的重要参数。
焦点位于飞机重心之前则飞机是不稳定的，焦点位于飞机重心之后则飞机是稳定的。
当飞机处于平衡状态时，作用在飞机上的所有气动力的作用点与飞机的重心重合。
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》
✩ 精品课件合集
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。
第四章飞机的平衡稳定性操纵性
2021/6/7 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
2021/6/7 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
2021/6/7 32
●静稳定性与动稳定性
2021/6/7 33
2、飞机的稳定性
2021/6/7 8
常用的坐标系 机体坐标系 气流坐标系
2021/6/7 9
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
平
● 单摆的稳定性
衡 状
态
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。
原
平
衡
状
单摆在这两个力矩的共同作用下， 态
最终回到原平衡状态。
2021/6/7 25
● 单摆的稳定性分析
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
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）
2021/6/7 29