第五课 飞机的稳定性

的关系是: 小速度时，升降舵上偏；随着速度增加，升降舵
减小上偏角，大速度时，升降舵下偏。
下偏
上偏
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杆位移与飞行速度的关系
俯仰操纵力矩=俯仰稳定力矩
稳定飞行中由于飞行速度与迎角是一一对应的关 系，而杆位与飞行速度一一对应。因此直线飞行中， 驾驶盘前后的每一个位置（或升降舵偏角）对应着一 个固定迎角。
某一速度下平飞时，杆力为零；大速度下变化单位速度， 杆力 变化量大；小速度下变化单位速度， 杆力变化量小。
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杆力的配平
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II. 调整片的作用 飞行中调整片可以减小和消除杆力。
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●飞行中调整片可以减小和消除杆力。
驾驶盘位置越靠后，升降舵上偏角越大，对应的 迎角也越大。反之，驾驶盘位置越靠前，升降舵下偏 角越大，对应的迎角也越小。 结论： 直线飞行一个杆位对应一个飞行速度
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3.曲线飞行中改变迎角的基本原理
C
ωz ωz
B A
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拉杆--------俯仰操纵力矩
（俯仰阻尼力矩）
（俯仰稳定力矩）
俯仰操纵力矩=俯仰稳定力矩+俯仰阻尼力矩
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。
丁字风向标
14
15
4.2.4 飞机的横侧静稳定性 ●什么是横侧静稳定性
飞机的横侧静稳定性，指的是飞行中，飞机受微 小扰动以至横侧平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机 自动恢复原横侧平衡趋势的特性。
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① 横侧稳定力矩（Mx β）
机翼自转现象。
上扬侧，迎角减小， 升力增大
下沉侧，迎角增大， 升力减小
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本课教学要求： 明确： ① 飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。 ② 飞机的的稳定性是相对的、有条件的。
理解：
(1) 方向稳定性和横侧稳定性的关系 (2） 了解飘摆和螺旋线下降现象。
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本章小结
n 俯仰稳定性的概念及改变迎角的原理 n 方向和横侧稳定性的概念、原理及关系 n 收放襟翼和加减油门对飞行的影响 n 改变飞机迎角的原理 n 飘摆和螺旋不稳定现象产生的原理 n 重心前后位置对飞机稳定性和操纵性的影响 n 横侧反操纵现象
下单翼飞机横侧稳定性弱
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b.垂尾产生的横侧稳定力矩
侧滑中，垂尾产生的侧力对重心形成的滚转力矩也是横 侧稳定力矩。
侧滑方向
垂尾侧力 侧力力臂
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c.机身的作用
在飞机的设计中，为取得合适的横侧稳定性，往往采 用这几种机翼构型的组合。上图为上单下反后掠布局。
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③ 横侧阻尼力矩的产生 飞机的横侧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
升降舵偏角越大,杆力越大； 平直飞行中速度增大升降舵逐渐升降舵逐渐由上偏 转为下偏,杆力由拉杆力逐渐转为推杆力,速度越大,推 杆力越大。
上偏
升降舵偏角（盘位 置）曲线
Fs
升降舵偏角 下偏
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3.平飞杆力曲线
平飞中，升降舵偏角 （即盘的前后位置）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。杆力与速度之间 的关系曲线称杆力曲线。
螺旋不稳定的周期较大，对飞行安全不构成威胁， 飞机设计中允许出现轻度的螺旋不稳定。
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4.2.7 影响飞机稳定性的因素
1.重心的位置 2.飞行速度 3.高度变化 4.大迎角飞行
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1.重心的位置
重心位置靠前，飞机的俯仰稳定性越强。 重心位置靠前，飞机的方向稳定性有所增加，但不明显。 重心位置前后移动，对横侧稳定性无影响。
正常情况下，飘摆半衰期很短，但当方向稳定性和 横侧稳定性不协调时，易使飘摆半衰期延长甚至不稳 定，严重危及安全。
大型运输机在高空和低速飞行时由于稳定性发生变 化易发生飘摆。因此广泛使用飘摆阻尼器。
在大后掠角机翼且带下反角的飞机，在小速度
飞行时易出现飘摆
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n 偏航阻尼器
n 功用
n 消除飘摆（荷兰滚）
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④机身、背鳍和腹鳍的方向稳定力矩
机身，以及背鳍和腹鳍也可以产生方向 稳定力矩。
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③ 方向阻尼力矩源自文库产生
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。
b
阻尼力矩
Z
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④ 方向稳定性与侧滑角
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练习与思考
1.如果前推并松开驾驶杆后，飞机姿态起初有恢复原来位置的 趋势，这显示飞机的
A. 动稳定性 B. 静稳定性 C. 中立动稳定性 2.如飞机装载使其重心位于重心后限之后，则飞机 A.对方向盘舵控制反应缓慢 B.绕横轴不稳定 C. 绕纵轴轴不稳定 3.飞机的纵向静稳定性可通过下述哪种现象识别
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。
阻尼力矩方向
滚转方向
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●滚转对两翼迎角的影响
滚转附加 气流速度
滚转附加 气流速度
上扬机翼迎角 减小
下沉机翼迎角 增大
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偏航阻尼器
b
小速度飞行时，飞机的侧向（横向和方 向）安定性要变差，可用偏航阻尼器来改善
飞行原 理
PrinciPles of flight
1
复习题
1.飞机从己建立的平衡状态发生偏离，若----则飞机表现出正动安定性。 A.飞机振荡的振幅减小使飞机回到原来的平衡状态。 B. 飞机振荡的振幅持续增大。 C. 飞机振荡的振幅不增大也不减小。
2.具有纵向安定性的飞机，飞机重心 A 位于压力中心前。 B 位于压力中心后。 C 与压力中心重合。
飞机的俯仰（纵向）操纵性是指飞行员操纵驾驶 盘（杆）偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其 迎角等飞行状态的特性。
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1. 直线飞行中改变迎角的基本原理
①俯仰操纵力矩（MZC）
拉盘
升降舵上偏
δz
M zc
mzc
1 2
V
2SCMAC
附加向下升力
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②直线飞行中改变迎角的基本原理
稳定力矩
△L
重心
焦点
W
操纵力矩
横侧稳定力矩主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生。
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Mx
L左
L右
L W
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后掠翼飞机的横侧安定力矩（
Vn Vn
V
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●横侧稳定力矩（ ）
M x
m x
1 V 2 Sb
2
m
x
8 8 8
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② 其他横侧稳定力矩的产生 机翼上下位置和垂尾也能够使机翼产生横侧稳定力矩。
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a.机翼上下位置的影响 上单翼飞机横侧稳定性强
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4.驾驶杆（盘）力
飞行员操纵驾驶盘，要施加一定的力，这个力简 称为杆力。
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1. 杆力（Fs)的产生:
拉盘力Fs
升降舵上偏
δz
△L尾
M铰链
铰链力矩迫使升降舵和杆回到中立位，为保持舵偏 角和杆位置不变，飞行员必须用一定拉杆力才能平衡铰 链力矩。
推杆力为正，拉杆力为负。
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2.影响杆力大小 的因素
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8.飞机的纵向安定性有利于 A. 防止飞机绕立轴偏转过快。 B. 防止飞机绕纵轴偏转过快。 C. 防止飞机抬头过高或低头过低。
9.具有纵向安定性的飞机，飞机重心 A 位于压力中心前。 B 位于压力中心后。 C 与压力中心重合。
10. 具有中立静安定性的飞机，当受到扰动使平衡状态变化后，有 A. 回到原平衡状态的趋势。 B. 继续偏离原平衡状态的趋势。 C. 保持偏离后的平衡状态的趋势。
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第四章 飞机的平衡、稳定性与操纵性
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4.3 飞机的操纵性
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Ø 俯仰（纵向）操纵性
Ø 方向操纵性 Ø 横侧操纵性
侧向
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操纵性的主要研究内容：
飞行状态的改变与盘（杆）、舵行程和盘 （杆）、舵力大小之间的基本关系，飞机反应快 慢，以及影响因素等。
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4.3.1 飞机的俯仰（纵向）操纵性
●飘摆（荷兰滚）
飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易 产生飘摆。
飞机受扰左倾斜→左侧滑，若横侧稳定性强→ 飞机迅速改平坡度；方向稳定性弱→飞机左偏的 速度慢，未等左侧滑消除，飞机又带右坡度→右 侧滑。
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●飘摆（荷兰滚）
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。
螺旋运动，表现为飞 机高度和半径的变换， 允许轻度不稳定。
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飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互耦合的。 飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易 产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。 飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强， 在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下 降(盘旋下降）。
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A.坡度振荡逐渐变大
B.受扰动后，飞机有恢复原来俯仰平衡的趋势
C.需要持续的拉杆
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4.相同飞机重量，当飞机重心越靠前，这了维持飞机的平衡，机翼 产生的升力要减小还是要增大？
5. 对常规布局的飞机，翼升力对飞机重心的力矩常会使飞机机头的力矩 A.上仰 B.下俯 C.不一定
6. 平尾的作用有 A.保持飞机具有俯仰安定性（纵向稳定性） B.主要用来产生正升力以增大飞机升力 C．减小飞机阻力
3.飞机的纵向静稳定性可通过下述哪种现象识别 A.坡度振荡逐渐变大 B.受扰动后，飞机有恢复原来俯仰平衡的趋势 C.需要持续的拉杆
4.相同飞机重量，当飞机重心越靠前，这了维持飞机的平衡，机翼 产生的升力要减小还是要增大？
2
第四章 飞机的平衡、稳定性与操纵性
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4.2.3 飞机的方向静稳定性 1.方向静稳定性（风标稳定性 ）
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，飞机自动恢复原方向平衡趋势的特性。
4
① 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主要 由垂尾产生的。
△Z
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方向稳定力矩（Myβ）
M y
m
y
1 V 2Sb
2
式中：
m
y
----方向稳定力矩系数
ρ----空气密度
V----飞行速度
△Lt
俯仰操纵力矩=俯仰稳定力矩----α一定。
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③迎角与飞行速度关系
俯仰操纵力矩=俯仰稳定力矩 直线飞行中，一个迎角对应一个速度，大速度对 应小迎角，小速度对应大迎角。
空速增大时，为保持高度，必须向前顶杆（盘） 减小飞机的迎角保持升力等于重力
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2. 升降舵偏角（δZ) 与速度的关系 平飞中，升降舵偏角（即盘的前后位置）与速度
n 工作原理
n 偏航阻尼器根据空速信号和方向舵侧滑角加速度信 号，适时提供指令使方向舵相对飘摆振荡方向偏转， 增大偏航运动阻尼，消除飘摆。
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●螺旋不稳定
飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，易产 生螺旋不稳定。
飞机受扰左倾斜→左侧滑，若横侧稳定性弱→飞 机改平坡度慢；方向稳定性强→飞机左偏的速度快 → 快速左偏导致右翼升力大→ 飞机飞机难于改平左 坡度。最终导致飞机进入缓慢的盘旋下降过程，称 螺旋不稳定。
在高空，当量空速相同的情况下，同样的扰动气流速度，飞机受 影响更小。
但在高空由于阻尼力矩小，飞机摆动的衰减时间长。
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4.大迎角飞行时的机翼自转现象
大迎角飞行时，飞 机受扰向左倾斜，左翼 下沉，迎角增大，右翼 上扬，迎角减小。若受 扰前在临界迎角附近， 就可能导致迎角大，升 力反而小，从而导致横 侧阻尼力矩方向改变， 飞机进一步左倾，出现
焦点
重心
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2.飞行速度 在一定高度飞行 ，飞机的阻尼力矩与
飞行速度一次方成正比。所以飞行速度大阻 尼力矩大，飞机摆动消失的快飞机的稳定性 强。反之，速度越小稳定性越弱。
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3.飞行高度
当量空速相同
飞行真空速
扰动气流
速度
合速度 相对气流
低空 迎角增加量
扰动气流 速度相同
飞行真空速
高空
迎角增加量 更小
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11.飞机从己建立的平衡状态发生偏离，若----则飞机表现出正动安定性。 A.飞机振荡的振幅减小使飞机回到原来的平衡状态。 B. 飞机振荡的振幅持续增大。 C. 飞机振荡的振幅不增大也不减小。
12.飞机从己建立的平衡状态发生偏离，若----则飞机表现出负动安定性。 A.飞机振荡的振幅减小使飞机回到原来的平衡状态。 B. 飞机振荡的振幅持续增大。 C. 飞机振荡的振幅不增大也不减小。
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本课教学要求：
1.理解飞机为什么会有稳定性(稳定力矩和阻尼力矩 的产生原因、作用、大小)；
2.正确理解飞机焦点与稳定性的关系；
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L
L
W
W
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31
4.2.6 横侧动稳定性
飞机横侧扰动运动的时间响应历程分析。
脉冲气 气流
飘摆运动，表现为坡度 与侧滑角的交替变化， 必须有合适的半衰期。
S----机翼面积
C----翼展
6
2.影响方向稳定力矩大小的因素 ①垂尾面积的影响 垂尾面积越大，方向稳定力矩越大。
7
8
②机翼的上反角
前翼α大，D大
后翼α小，D小
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10
③机翼后掠角
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。
后翼α小，D小 前翼α大，D大