第8章：飞机的横侧静稳定与静操纵性

第8章飞机的横航向平衡、静稳定性和静操纵性飞行动力学

本章作业：8.1；8.2；8.4

内容

绪言

8.1横侧静稳定性

8.5横侧静操纵性小结1.横侧运动的定义

飞机的非对称运动，包括飞机质心的侧向移动（侧滑），绕轴的滚转和偏航转动运动。2.横侧运动与纵向运动的差异（1）纵向运动：只绕一根轴转动（大迎角运动除外）；（2）横侧运动：气动力和力矩耦合：即侧滑角、滚转角速度和偏航角速度都同时产生侧力、滚转力矩和偏航力矩。横航向变量均产生横向和航向的力和力矩！横侧操纵耦合副翼：主要产生滚转力矩、较大的偏航力矩、所产生的侧力可略去；方向舵：产生侧力、偏航力矩、也产生滚转力矩。不能将飞机的横向和航向运动分开考虑，不能仅考虑横向运动或航向运动。3.配平（1）纵向运动：操纵变量（升降舵和油门）均需操纵，运动变量有配平值；（2）横侧运动：定常直线飞行时，所有的横侧运动变量、力和力矩都为零，不存在基本配平问题。

内容

绪言

8.1横侧静稳定性

8.5横侧静操纵性小结何谓静稳定性?8.1.1偏航静稳定力矩及航向静稳定性1.偏航静稳定力矩由侧滑角引起的飞机航向力矩。2.航向静稳定性飞机在平衡状态下受到外界非对称瞬时扰动，产生小的侧滑，则飞机产生右偏航力矩，使飞机机头向右偏，以减小的趋势，称飞机在原平衡状态具有航向静稳定性。否则，则为航向静不稳定。设:如果:则:故:航向静稳定性飞机能自动改变机头指向消除侧滑,称为航向静稳定性或风标静稳定性VΔ>0航向静稳定性判据用平衡点处的偏航力矩系数的导数作为判据：

偏航静稳定；偏航静不稳定；偏航中立静稳定。3.影响航向静稳定性的飞机部件:机身作用>0>0:C

<0N<0—

机身为航向静不稳定部件飞机重心前面的驾驶舱，相当于一个不稳定立面。现代作战飞机均采用扁平形状，减小RCS和航向静不稳定性。垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0主要的航向静稳定部件；一般通过调节垂尾容积（必要时加背鳍、腹鳍）改变；运输机改装预警机时增加二片腹鳍。4.影响因素分析米格21飞机的最大使用速度(M<2.05)就受航向静稳定性要求的限制，否则将出现航向静稳定性不足的现象。现代超声速飞机采用双立尾，增加航向静稳定性，又减小RCS。—

大迎角气动特性限制：机翼和机身涡流对飞机尾部的影响，的值会减小。—

飞行速度限制：由于垂尾和机身的弹性变形，随飞行速度的增大而减小。5.航向静稳定性与纵向静稳定性的差别—

纵向静稳定性是指恢复到原状态的趋势。—

航向静稳定性并不能保证飞机在受到侧风扰动时，自动保证其固有的航向。相反，它使飞机偏向侧风方向，故又称为“风标静稳定性”。8.1.2横向静稳定力矩及横向静稳定性1.横向静稳定力矩由侧滑角引起的飞机横向力矩。2.横向静稳定性飞机在平衡状态下受到外界非对称瞬时扰动，产生小的左倾斜，升力和重力的合力作用使飞机向左侧滑，，飞机产生右滚力矩，具有减小，使飞机保持机翼水平的趋势，称飞机在原平衡状态具有横向静稳定性。否则，为横向静不稳定。设:如果:则:横向静稳定性Δ0ΔL<0Δ

>0WsinΔΔ侧滑为中介飞机能通过侧滑消除倾斜。称为横向静稳定性或上反效应非通常意义的静稳定性横向静稳定性判据用平衡点处的滚转力矩系数的导数作为判据：横向静稳定:

横向静不稳定:

横向中立静稳定:不要误认为是，滚转力矩不是滚转角的函数。=0垂尾作用>0:C

<0L

<0N>0>0—

主要的横向静稳定部件，约占全机横向静稳定性的1/2—

一般通过调节垂尾容积（必要时加背鳍、腹鳍？）改变3.影响横向静稳定性的飞机部件:机翼后掠作用>0Vn右>Vn左(+)(-)>0:C

0L

<0N>0—

机翼后掠产生横向和航向静稳定作用。但后掠角一般由升阻特性决定。—

机翼前掠对横向静稳定性的作用?机翼上反作用>0:C

0L<0N>0>0<0(-)(+)

VsinV—

机翼上反产生横向和航向静稳定作用；—一般可通过调节上反角改变。翼身干扰对于上单翼或高平尾，>0:C

0L

<0N

0—

机翼、平尾的上下位置由其他因素决定。其与机身的干扰对横航向静稳定性有影响；—上单翼飞机一般不采用上反角。(+)(-)沿机身形状流动类似于钟摆，起稳定的作用结论与分析侧滑不大时，Cl~、Cn~呈线性关系影响全机横航向静稳定性导数侧力部件：机身+垂尾横向静稳定导数：机翼（后掠角、上反角、上单翼）+垂尾航向静稳定导数：机身+垂尾立面在飞机重心上？下？立面在飞机重心前？后？内容

绪言

8.1横侧静稳定性

8.5横侧静操纵性小结1、静操纵性研究飞机在平衡状态时所需施加的操纵量。飞机稳态时操纵变量与飞行状态变量间的关系。绪言设:则:右副翼下偏左副翼上偏2、副翼操纵规律a>0(+)(-)驾驶员向左压杆飞机往左滚转。飞机往左滚，向右偏航，称为副翼反偏航。右偏航产生左侧滑（），产生正的滚转力矩，与副翼的滚转力矩相反？方向舵右偏驾驶员右蹬舵，飞机往右偏转。设:则:方向舵效能在超声速、大迎角或大偏转时亦下降；弹性变形同样具有不利影响。3、方向舵的操纵规律r<04、什么情况需操纵方向舵？不对称推力（如单发停车）遭遇侧风、转弯飞行时，飞机会受到偏航力矩，需操纵方向舵来消除；利用方向舵偏转产生侧滑运动，以增大飞行阻力，增加下滑角。8.5.1定直侧滑飞行的平衡和静操纵性W

WcosWsin1.定直侧滑飞行侧滑产生侧力和横航向力矩，将由副翼和方向舵偏转产生的力和力矩及倾斜飞机获得重力在侧向的分量，从而得到平衡。

（1）平衡关系为什么没有p、r产生的力矩？由航向和横向运动共同配平？大小通过简化处理，当给定侧滑角时，则可求得：

（2）结论讨论从上式可见，定直侧滑飞行中所需的副翼和方向舵偏角、以及滚转角均与成正比；将上述关系式绘成的曲线，称为横侧操纵面偏角平衡曲线。（3）静操纵性指标讨论（飞行品质规定）

蹬右方向舵（后缘向右偏、）应产生左侧滑，即；压左副翼杆，右副翼往下偏，左副翼往上偏（为正），右翼升力大，阻力大，机头向右偏，产生左侧滑，即。

飞机右滚转时，则右侧滑角增加，即静稳定性与静操纵性间的关系：由上式分别求导可得：（3）静操纵性指标讨论（飞行品质规定）

123<0>0>0由于，要满足飞行品质规定的和的要求，必须满足：根据静操纵性的要求（飞行品质规定）飞机具有航向静稳定性；横向静稳定性要有一定的数值第三个条件是侧力条件，也是航向静稳定性要求，若第二条件成立，则自然成立。2、侧风着陆:着陆飞机地速较小，对于一定风速，侧滑角较大，由定直侧滑的平衡关系，相应的副翼和方向舵偏角也较大。当侧风风速Vw10m/s时，要求横侧操纵效能能保证飞机以定直侧滑的方式着陆。

机身顺跑道飞行飞机着陆时如遇到相对跑道的侧风,为使飞机机头对准跑道,则需带侧滑和倾斜的飞行。3、不对称推力飞行NT（1）定义：指多发飞机一侧发动机发生故障，造成推力左右不对称的飞行。

规范规定：出现非对称推力及相应的偏航力矩，飞机应能定直飞行。（2）平衡关系：不对称推力引起的偏航力矩：双发3、不对称推力飞行

NT（2）平衡关系：在式（8.32)中加进,可得到不对称推力下飞机的横侧平衡方程组:与飞机在侧风中着陆不同,在平衡关系中出现了与有关的常数项。因此，这种平衡关系和静操纵特性与侧风着陆时有所不同；对于侧风着陆,飞行速度和侧风速度一定，就一定，由式（8.33)唯一确定。（3）结果讨论：对于不对称动力情况,给定后，式（8.40)中有四个变量和，因此配平解有无穷多解。任意给定一个变量，就可确定其余三个变量。可以选择有侧滑无滚转的配平，可选择无侧滑有滚转的配平，也可选择既有侧滑又有滚转的配平情形。若朝着工作着的发动机一侧侧滑（左发停车，正侧滑），方向舵偏角会小一些；而朝着停车一侧滑，则方向舵偏角会增大。

对于多发飞机,低速飞行（起飞）时的严重不对称动力情况，作为考核验证方向舵操纵效能的一种典型情况。（3）结果讨论：NT若左侧发动机停车左侧滑？右侧滑？（2）分析：

4、蹬舵反倾斜现象（1）定义：指飞机应具有单独使用方向舵操纵使其按应有的方向改变其倾斜姿态的能力。即蹬左舵，飞机向左滚转；蹬右舵，飞机应向右滚转，否则则为“蹬舵反倾斜”现象。4、蹬舵反倾斜现象（3）讨论：蹬舵反倾斜的现象实质上是对飞机横向静稳定性的要求；跨声速段飞行时，飞机立尾的作用效率会下降，飞机的横向静稳定性减小，故在跨声速段飞行时会出现蹬舵反倾斜的现象。5、副翼反偏航现象

（1）定义：副翼左右二边反对称偏转，如右副翼向下偏转，则飞机往左滚转。此时，右副翼的升力增大，阻力也增大且大于左副翼的阻力，则飞机机头向右偏，产生左侧滑，左侧滑产生右滚转，对左滚转操纵不利。(+)(-)（2）解决措施：

扰流片：增加阻力小一边的阻力，二边阻力相等费里斯副翼：副翼上偏时(升力减小，阻力也减小