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大家好

我是岳奎志

本次课程为飞机的平衡

飞机的平衡主要是

力的平衡与力矩的平衡

力的平衡

是指飞机在空中飞行时

它受到铅锤向下的重力G

受到向前的推力P

以及空气动力

空气动力又可分为三种

向上的升力Y

向后的阻力X

向旁边的侧力Z

力的平衡就是这些力的矢量和为0

这就是力的平衡

力的平衡比较好理解

力矩的平衡有点复杂

飞机绕机体横轴转动

称为俯仰运动

俯仰力矩的平衡

称俯仰平衡

主要涉及到俯仰稳定性

俯仰操纵性

飞机绕机体纵轴转动

称为滚转运动

滚转力矩的平衡

称为横侧平衡

主要涉及横侧稳定性

横侧操纵性

飞机绕机体立轴转动

称为偏转运动

偏转运动的平衡

又称方向平衡

主要涉及方向稳定性

方向操纵性

本次课带您走进飞机平衡的世界

为您揭开俯仰平衡

横侧平衡

方向平衡神秘的面纱

为此

在上本次课之初

先制定一下学习目标

一共三条

1 分析飞机的俯仰平衡

2 理解飞机的横侧平衡

3 理解飞机的方向平衡

当您明确本次课的学习目标之后

接下来要学什么内容

您就清楚了吧

在讲本次课主要内容之前

先出一个小问题

考察一下

您对飞机平衡的知识点的认知

储备情况

这个问题就是

飞机俯仰力矩主要是由升力产生的

那么当飞机升力为零时

飞机有没有俯仰力矩呢

这个问题的答案

如果您不清楚

没关系

通过本次课

这个问题将得以解决

通过本次课

刚才制定的学习目标

也将得以实现

我们首先分析飞机的俯仰平衡

飞机绕机体横轴转动称为俯仰运动

飞机俯仰力矩的平衡

简称俯仰平衡

飞机俯仰平衡时是指迎角一定时

作用在飞机上的各俯仰力矩之和为零

即ΣMz＝0

此时

飞机绕机体横轴不转动

或做等角速度转动

飞机俯仰力矩主要由三个部分组成

分别是

零升力矩

俯仰稳定力矩

俯仰操纵力矩

这三个力矩之和为零

飞机俯仰就平衡了

进而

它的力矩系数之和也就为零

飞机俯仰力矩表达式如下

飞机俯仰力矩

Mz等于mz乘以二分之一ρV方

乘以S

再乘以bA

我们首先介绍一下零升力矩

飞机在空中飞行时

对于正常式气动布局的飞机

飞机在立轴方向

将受到向下的重力G

机翼受到向上的升力Yw

平尾受到向下的负升力Yt

此时

飞机受力情况

就好像中国古代的“杆秤”一样

当飞机以零升迎角飞行时

此时飞机升力为零

此时飞机的升力

是机翼向上的正升力

再加上平尾向下的负升力

这两个升力大小相等

方向相反

所以升力为零

虽然矢量和为零

但是由于

机翼正升力的力臂

和平尾负升力的力臂

相对于重心来说

它是不一样的

所以它仍然有一力偶矩

这一力偶矩使飞机抬头

这一力偶矩就是零升力矩

飞机

俯仰力矩的第二个组成部分

就是俯仰稳定力矩

当飞机迎角增大时

飞机会产生附加升力

该附加升力作用在飞机的焦点上

如果焦点在飞机重心之后时

那么该附加升力

对飞机重心将产生一低头力矩

使飞机迎角具有恢复原迎角的趋势

此力矩就是俯仰稳定力矩

如果焦点和重心重合时

飞机此时是中立稳定

如果焦点在重心之前时

此时飞机不具有俯仰稳定力矩

飞机俯仰力矩的第三个组成

就是俯仰操纵力矩

座舱里的飞行员

通过推 拉驾驶杆

来改变飞机平尾的偏角

从而使飞机平尾产生升力

该升力对飞机重心将产生一操纵力矩

例如

飞行员在座舱里边向后拉杆时

平尾后缘上偏

动压作用在平尾上

将产生一向下的附加升力

该附加升力

对飞机重心

将产生一使飞机抬头的

操纵力矩

飞机上仰

座舱里的飞行员

当向前推杆时

平尾产生一使飞机低头的

俯仰操纵力矩

介绍完飞机的俯仰力矩之后

下面再介绍一下

影响飞机俯仰平衡的因素

一共有5条

分别是

重心变化

收放起落架

收放襟翼

收放减速板以及加减油门

首先

说第一条

重心变化

当重心向后移动时

升力对飞机重心将产生一抬头力矩

改变原来飞机的俯仰平衡

当重心向前移动时

升力对飞机重心将产生一低头力矩

改变飞机原来的俯仰平衡

第2个影响因素就是

收 放起落架

飞机起飞之后

起落架要收起来

飞机在着陆之前

起落架要放下

收 放起落架都会引起

飞机俯仰平衡的变化

咱们以放起落架为例

当起落架放下的时候

飞机重心如果向后移一段距离

那么飞机将产生一上仰的力矩

放起落架的时候

动压作用在起落架上

由于起落架在重心之下

那么动压作用在起落架上

会产生阻力

该阻力对飞机重心将产生一低头力矩

放起落架

飞机到底是抬头

还是低头呢

就看这两种力矩谁大 谁小了

不同型号的飞机是不一样的

第3种影响飞机俯仰平衡的因素就是

收 放襟翼

飞机机翼后边有襟翼

飞机在起飞的时候

要放襟翼

飞机在降落的时候

为了增加升力

也要放襟翼

放襟翼之后

它也会影响飞机的俯仰平衡

飞机

放襟翼之后

机翼相对弯度变大

产生升力增大

升力对飞机重心将产生一低头力矩

放襟翼之后

相对气流下洗角变大

使飞机平尾的有效迎角减小

平尾会产生一向下的附加升力

该附加升力对飞机重心

将产生一抬头力矩

此时

放襟翼之后

飞机是抬头 还是低头呢

就看这两种力矩谁大 谁小

不同型号的飞机也是不一样的

影响飞机俯仰平衡的第4种因素就是

收 放减速板

飞机在空中飞行的时候

如果需要减速

那么减速板需要打开

当减速板位于飞机机身上方的时候

例如 Su-33舰载机

减速板就在飞机机身上方

此时减速板如果打开

那么

动压作用在减速板上

将产生附加的阻力

该附加阻力对飞机重心

将产生一抬头力矩

如果减速板位于机身下方的时候

动压作用在减速板上

将使飞机绕重心产生一低头力矩

这和飞机在设计之初

减速板的安装位置有关

第5个影响飞机

俯仰平衡的因素就是

加 减油门

当

飞机发动机推力轴线

在飞机重心之下时

飞行员推油门

飞机将产生抬头力矩

收油门

飞机将产生低头力矩

当推力轴线和重心重合时

加减油门不影响飞机俯仰平衡

当推力轴线在飞机重心之上时

推油门飞机将产生低头力矩

收油门飞机将产生抬头力矩

在介绍完飞机俯仰平衡之后

下面咱们再简单介绍一下

飞机的横侧平衡

飞机绕机体纵轴转动

称为滚转运动

飞机滚转力矩的平衡简称横侧平衡

飞机在横侧平衡的时候

作用在飞机上各滚转力矩之和为零

此时

飞机绕机体纵轴不转动

或作等角速度转动

飞机在横侧平衡时

飞机滚转力矩表达式如下

Mx等于mx乘以二分之一ρV方

乘以S 乘以L

当飞机横侧平衡时

此时滚转力矩为0

对应的滚转力矩系数也为0

飞机滚转力矩常见的有两种

一种是机翼升力差产生的滚转力矩

例如 飞行员在座舱里边

向左 向右压驾驶杆

飞机机翼后边的两个副翼

将产生差动偏转

差动偏转之后 两机翼的升力不等

进而产生升力差

该升力差绕飞机纵轴将产生滚转力矩

例如

飞行员在座舱里边向左压驾驶杆

飞机的左副翼上偏 右副翼下偏

右机翼升力大 左机翼升力小

飞机在升力差作用下

将产生向左滚转的力矩

同理 向右压杆

飞机将产生向右滚转的力矩

飞机滚转力矩组成之二

就是螺旋桨副作用产生的滚转力矩

螺旋桨在旋转的时候

由于作用力与反作用力

在飞机的机身上就会产生反作用力矩

例如左转螺旋桨作用到飞机机身上

机身就会产生向右的滚转力矩

螺旋桨在旋转的时候 也会产生滑流

滑流的副作用

当滑流作用在两个机翼上的时候

会引起两侧机翼迎角不等

就会使飞机机翼产生的升力不同

那么就会产生升力差

它也会产生

滚转力矩

这两个滚转力矩正好方向相反

因此可以互相抵消一部分

剩下的 就看谁弱 谁强了

在介绍完飞机的滚转力矩之后

下面再介绍一下

影响飞机横侧平衡的因素

正常情况下

飞机左右对称

飞机在空中飞行的时候

会保持横侧平衡

当飞机机翼发生变形的时候

导致两机翼产生升力差

它会产生

滚转力矩

打破原来的横侧平衡

如果

飞机在飞行中

燃油消耗不等

两个机翼的燃油消耗不等

或者是飞机投弹

比如说 飞机左右机翼各挂3枚武器

那么其中左机翼投了2个导弹

右机翼没有投

就会导致重心左右移动

此时也会使飞机产生滚转力矩

飞机打破原来的横侧平衡

第三个就是飞行员在加减油门的时候

对于螺旋桨飞机来说

由于作用力与反作用力距

它的反作用力矩

会使飞机

改变原来的横侧平衡

这些因素都会影响飞机横侧平衡

此时 飞行员应该怎么办呢

飞行员 他需要在座舱里边

向左 向右压驾驶杆

来维持原来的横侧平衡

介绍完飞机的横侧平衡之后

下面再简单介绍一下飞机的方向平衡

飞机绕立轴转动称为偏转运动

飞机偏转力矩的平衡称为方向平衡

方向平衡的时候

作用在飞机上的各偏转力矩之和为零

此时

飞机绕立轴不偏转

或者作等角速度偏转

飞机产生偏转力矩主要有四种

第一种是机翼阻力差产生的偏转力矩

飞机两机翼产生的阻力不等时

它会有一个阻力差

该阻力差对飞机重心将产生偏转力矩

第二种情况是侧力力矩

座舱里的飞行员

蹬舵

将会改变方向舵的偏角

从而使飞机垂尾产生侧力

另外 如果飞机有侧滑

侧滑作用在飞机的垂尾上

也会产生侧力

侧力对飞机重心就会产生偏转力矩

第三种偏转力矩就是推力力矩

对于双发飞机来说

如果两台发动机的推力不等时

那么它也会产生偏转力矩

第四种偏转力矩就是

螺旋桨副作用引起的偏转力矩

此时的螺旋桨副作用是滑流

滑流作用到飞机立尾上的时候

就会产生侧力

该侧力绕飞机重心就会产生偏转力矩

这四个偏转力矩

就组成飞机方向平衡的偏转力矩

讲到这里 本次课程接近尾声

最后 对本次课程进行一下小结

本次课我们重点介绍了

飞机的俯仰平衡

简单介绍了飞机的横侧平衡

以及方向平衡

本次课程到此结束 谢谢