DTA124TK/95力矩不稳定力矩,重心位置与静稳定性的关系.

全机焦点位于重心之后(xf>Xw):飞机是纵向静稳定的。

全机焦点位于重心之前(XF<xw):飞机是纵向静不稳定的。

全机焦点位于重心重合(XF=xw):飞机就具有纵向中立静稳定性。

从物理概念上不难理解以上的结论。定常直线飞行的飞机全机纵向力矩是平衡的,当受到扰动使飞机抬头时,迎角增加,产生的气动升力增量是向上的,作用在全机焦点上。如果全机焦点在重心之后,升力增量对重心必然形成低头力矩,使飞机有低头运动趋势,升力增量产生的是恢复力矩,飞机具有纵向静稳定性(见图4-7(a));如果全机焦点在重心之前,升力增量对重心必然形成抬头力矩,使飞机更加偏离原飞行姿态,飞机就具有纵向静不稳定性(见图4-7(b));当受到扰动使飞机低头时,迎角减小,产生的气动升力增量是向下的,作用在全机焦点上。如果全机焦点在重心之后,升力增量对重心必然形成抬头力矩,使飞机有抬头运动趋势,升力增量产生的是恢复力矩,飞机具有纵向静稳定性;如果全机焦点在重心之前,升力增量对重心必然形成低头力矩,使飞机更加偏离原飞行姿态,飞机就具有纵向静不稳定性;如果全机焦点和重心重合,升力增量不会对重心形成力矩,飞机就具有纵向中立静稳定性。

全机焦点和重心之间的距离KF=XF-Xw称为纵向静稳定裕量。显然,为了保证飞机具有一定的纵向静稳定性,不但要求KF>0,而且要求KF达到一定的数值,也就是要求全机焦点在重心之后一定的距离。不同用途的飞机对重心到焦点的距离有着不同的要求,对于民用飞机,这个距离大约为平均空气动力弦长的10%~15%。

从以上分析也可以得出水平尾翼的又一个重要的作用――为飞机提供必要的纵向静稳定性。亚音速飞行时,机翼的焦点一般在飞机重心之前(见图4-6),所以单有机翼的飞机是纵向静不稳定的。机身对纵向力矩的影响,使焦点向前移(见图4-6),所以,翼身组合体的纵向静不稳定性更大。将水平尾翼的作用考虑进去以后,焦点大大向后移,形成了在飞机重心之后的全机焦点,如图4-6所示,所以水平尾翼为飞机提供了纵向静稳定性。

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

在上面纵向静稳定性概念讨论中,假设受扰动后,飞机的速度不变,只有迎角变化,并且在受扰动过程中,升降舵面不能自由偏转,所以上述讨论的稳定性也称为握杆定速静稳定性。对于没有安装助力器的飞机进行松杆飞行(松浮状态),受到扰动使迎角发生改变时升降舵就会随风偏转,使平尾产生附加的纵向力矩,而且大小与迎角成正比,从而使得松杆飞行时,飞机的纵向静稳定性与握杆(固定状态)的情况有所不同。

升降舵可以自由随风偏转对飞机纵向静稳定性的影响可以这样来理解:当扰动使飞机头增加迎角时,升降舵会顺气流方向向上偏转,在平尾上产生的附加纵向力矩是正值,有飞机抬头进一步偏离原飞行姿态的趋势,所以飞机的纵向静稳定性减少了,也可以说,与抄杆飞行相比,松杆飞行时,全机焦点的位置前移了。

在实际飞行中,由于飞机操纵系统存在着摩擦,即使松杆飞行,升降舵也不会完全自日地随风摆动,理想的松杆飞行状态是不存在的;另一方面,驾驶杆到升降舵要经过较长的动机构,由于传动机构的弹性间隙和装配间隙,驾驶杆也不能完全约束住升降舵的摆动,可以理想的握杆飞行状态也是不存在的。但无论如何尽量减少升降舵随气流的自由摆动是必的,目的是减少在松杆和握杆两种飞行状态下,飞机纵向静稳定的差异。对于装有无回力岛力器的飞机,如果助力器安装在距升降舵较近的地方,升降舵就不能自由摆动。因此,可坊认为这种飞机的松杆飞行与握杆飞行的纵向静稳定性是相同的。

机实用重心和飞机焦点位置的变化

影响飞机实用重心的位置的因素:货物的装载情况、乘客的位置、燃油的数量及耗情况以及飞机的构型等等都会影响飞机实用重心的位置。

影响飞机焦点位置的因素:

飞行ma数:超音速(ma>1.5)时,焦点后移;

水平尾翼:升降舵的偏转角和水平安定面的配平角;

飞机构型:襟翼、缝翼、起落架等的位置;

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。

这个运动过程是由飞机的静稳定力矩、在俯仰摆动中产生的转动惯量以及俯仰阻尼力矩相互作用的结果来确定。

俯仰阻尼力矩,俯仰阻尼力矩的产生具有足够的纵向静稳定力矩只能使飞机具有自动返回原飞行姿态的运动趋势,并不能保证飞机最终能恢复到原有的飞行

姿态。要做到这一点,还必须使飞机在恢复原有飞行姿态的俯仰摆动中受到足够的俯仰阻尼力矩,使飞机的俯仰摆动逐渐减弱直至停止。

俯仰摆动中,飞机上的气动升力增量产生的附加俯仰力矩。当飞机在俯仰摆动中抬头时,重心前各处的迎角减小,产生的升力增量向下作用;重心后各处的迎角增大,产生的升力增量向上作用,这样分布的升力平尾附加升力.

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