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大家好

我是岳奎志

本次课程为

飞机纵向静操纵性

飞机纵向静操纵性

研究的是

飞行员操纵杆

偏转平尾之后

待飞机稳定下来

杆力 杆位移与飞行状态之间的关系

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

产生向下的升力

该升力绕飞机重心

将产生使飞机抬头的操纵力矩

当飞行员向前推杆时

平尾后缘下偏

动压作用在平尾上

产生向上的附加升力

该平尾附加升力

绕飞机重心

将产生

使飞机低头的

操纵力矩

本次课

带您走进飞机

纵向静操纵性的世界

为您揭开

杆力 杆位移与飞行状态

之间关系神秘的面纱

在讲本次课之初

先制定以下学习目标

一共三条

1 理解飞行中改变迎角的原理

2 分析杆力和杆位移

3 分析影响纵向静操纵性的因素

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

出一个小问题

考察一下

您对飞机纵向静操纵性

知识点认知的储备情况

这个问题就是

直线飞行中

改变迎角的原理

是什么

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

我们首先认识一下操纵性的概念

飞机操纵性

是指飞行员操纵杆 舵情况下

改变飞机飞行状态的特性

操纵性包括

静操纵性和动操纵性

静操纵性研究的是

杆 舵操纵

与飞行状态之间的关系

动操纵性研究的是

飞机对飞行员操纵

杆 舵的反应快慢

与反应情况的规律

静操纵性

又分为

纵向静操纵性和侧向静操纵性

纵向静操纵性

研究的是

杆力 杆位移

与飞行状态之间的关系

侧向静操纵性

又包含

方向静操纵性

和横侧静操纵性

在介绍完

操纵性的概念和思维导图之后

下面

咱们再

研究

飞行中改变迎角的原理

首先看直线飞行中

改变迎角的原理

座舱里的飞行员

当向后拉杆时

平尾后缘上偏

平尾产生向下的附加升力

该附加升力

对飞机重心

将产生使飞机

抬头的

俯仰操纵力矩

飞机抬头

迎角增大

迎角增大之后

在飞机上会产生附加升力

该附加升力

绕飞机重心

将产生使飞机

低头的稳定力矩

飞机低头

此时

俯仰操纵力矩

加上

俯仰稳定力矩等于0

飞机将达到

新的平衡状态

此时

对应的力矩系数

也就为0

此时 对应的力矩系数如下

平尾效能×平尾舵偏角

+迎角静稳定度×迎角=0

在此过程中

可以知道

一个平尾舵偏角

对应一个迎角

又因为

一个驾驶杆位

对应一个平尾舵偏角

所以

可以得出如下结论

一个杆位对应一个迎角

在介绍完

直线飞行中改变迎角的原理之后

下面再介绍一下

曲线飞行中改变迎角的原理

飞机

在空间飞行

做曲线飞行的时候

此时飞行员

操纵驾驶杆

产生的

俯仰操纵力矩

将克服俯仰稳定力矩

和俯仰阻尼力矩

具体如下

当飞行员向后拉杆时

平尾后缘上偏

将产生使飞机抬头的

俯仰操纵力矩

该俯仰操纵力矩

使飞机抬头

飞机迎角增加

同时 飞机绕横轴转动

飞机此时要产生

俯仰稳定力矩和俯仰阻尼力矩

这两个力矩都力图使飞机的

迎角减小

减慢飞机转动

当俯仰力矩重新平衡时

迎角不再增大

飞机以一定角速度稳定转动

结论就是

拉点杆 迎角增大了一点

飞机以一定角速度稳定转动

总结一下

飞机在曲线飞行中

俯仰操纵力矩要克服

俯仰稳定力矩和俯仰阻尼力矩

这

一点呢

就是

曲线飞行与直线飞行的差别

结论就是

曲线飞行中

一个杆的前后位置

不能对应一个迎角

曲线飞行中

飞机飞行要达到相同的迎角

就得

多拉点杆

在介绍完

飞行中改变迎角的原理之后

下面

再介绍一下杆力 杆位移

与飞行状态之间的关系

先明确两个概念

杆力 杆位移

杆力是飞行员操纵驾驶杆所需

施加的力

杆位移

是驾驶杆上端位置的

变化量

下面

研究直线飞行中

杆力 杆位移与配平速度的知识点

下面

以简单人力操纵系统为例

介绍

杆力和舵偏角动压的关系

飞机在空中飞行的时候

飞行员

向后拉杆

拉杆力为Fs

杆位移是dx

此时

平尾后缘要偏转

当拉杆时 平尾后缘要上偏

此时

作用在平尾上的附加升力是Y舵

力臂是L2

产生的力矩就是Y舵乘以L2

力矩做的功

就是Y舵乘以L2 再乘以dδz

在这个过程中

Fs乘以dx

加上

MH乘以dδz

等于0

也就是

在此过程中

做的功之和为0

由这个公式可以知道

杆位移和舵偏角之间的关系

杆位移和舵偏角是成正比的

飞机的平尾

有2种常见的形式

一种是全动平尾

它主要是在战斗机上使用

另一种平尾

它分两到三段

其中

前面一段

是水平安定面固定不动

产生的升力是向下的

后面一段是升降舵

它可以绕轴转动

升降舵后边

还有一个非常小的舵面

叫做调整片

调整片起的作用就是

减小或消除杆力

调整片怎样减小或消除杆力呢

调整片产生附加升力

升降舵也产生附加升力

这两个附加升力

方向相反

而力臂不等

调整片的力臂比较大

升降舵的力臂比较小

力乘以力臂

它就等于力矩

调整片的力矩

和升降舵的力矩之和

为0时

那么

它就可以使驾驶杆的杆力

减小或消除

飞机在直线飞行的时候

作用在飞机上的俯仰力矩

主要包括三种

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0

对应的力矩系数之和

也就为0

也就是

零升力矩系数

加上

迎角静稳定度乘以迎角（升力系数）

再加上

升降舵效能乘以舵偏角

等于0

从这个公式中

可以得到

升降舵舵偏角

与升力系数之间的关系

在中小迎角范围内

升力系数

与迎角是一一对应的

线性关系

由此可以得到

舵偏角与迎角

是一一对应的线性关系

其关系式

如图所示

图中 横坐标表示迎角

纵坐标表示升降舵舵偏角

图中

红色直线

它就表示

舵偏角随迎角变化的

关系

是一一对应的线性关系

飞机在空中做

平直飞行时

主要是平飞

此时

飞机升力等于重力

升力等于重力

就可以

得到飞机升力系数

当升力等于重力时

G等于

Cy乘以二分之一ρV方乘以S

就可以得到升力系数

Cy的表达式

然后再代入公式中

可以得到舵偏角

随

速度的变化关系

图中

是

舵偏角 杆位移随速度

变化关系的曲线

从该图中可以知道

当大速度推杆时

杆位移

随

速度变化小

小速度拉杆时

杆位移随速度变化大

飞机在空中平飞的时候

除了

杆位移与速度的变化关系

还要研究

杆力与速度的变化关系

杆力与速度的变化关系

如图所示

大速度时

推杆

杆力大

小速度时拉杆

杆力小

飞机在空中进行平飞

此时

飞行员

希望驾驶杆的杆力为0

在这个速度下

进行飞行是非常有利的

当平飞中杆力为零时的

飞行速度

是

配平速度

配平速度有一个范围

配平速度

在这个范围之中

当

升降舵

后边有一个调整片

当调整片中立的时候

此时的配平速度

是平衡速度

配平速度有一个范围

在这个范围之内

调整片来回调整

它都可以保证

驾驶杆的杆力为0

介绍完直线飞行中

杆力和杆位移

之后

下面再介绍曲线飞行中

杆力 杆位移

和飞行状态之间的关系

首先

介绍一个概念

就是

单位载荷杆力

单位载荷杆力

是每增加一个载荷因数

所应增加的杆力

用符号

dFS比ny来表示

从这个公式

我们

可以求出杆力

举例说明一下

例1 某型飞机2km高度

平飞速度600km/h

推杆力

4.5 kg

600km/h时单位载荷杆力是

-3.4kg

这时如果进入斤斗

拉5个载荷

进入斤斗的杆力

是多少

因为

亚声速时单位载荷杆力基本不变

所以

通过上面公式

可以求得

拉杆力是

9.1kg

在曲线飞行中杆力和杆位移

与飞行状态之间的关系

还有个知识点

就是

单位载荷杆位移

单位载荷杆位移

是每增加一个载荷因数

所应增加的杆位移

用符号dx比dny来表示

下面这个公式

就可以求出

杆位移

单位载荷杆位移与速度的关系

当大速度时

杆位移

少

小速度时

杆位移

大

在介绍完杆力、杆位移

与飞行状态之间关系的知识点之后

下面再介绍

影响纵向静操纵性的因素

因素有2条

一是重心位置

二是飞行马赫数

重心位置

表达式

可以

如下表示

重心相对位置

xG一杠

等于xG除以bA乘以100%

焦点相对位置

xF一杠

等于xF除以bA乘以100%

此时

如果焦点在飞机重心之后

飞机具有俯仰稳定性

当

重心

向后移时

飞机的稳定性变弱

但是

操纵性灵活

重心如果前移时

飞机的稳定性

变强

但

操纵沉重

所以

重心无论是

向前向后过度都不好

那么 重心

它要保持一定范围

这就是重心要有

前限和后限

例如

某型飞机重心范围

是16% ~32%平均空气动力弦

而最有利的重心范围

是25%~28%平均空气动力弦

所以

飞机装载

燃油消耗

以及空投次序

都要严格遵守

相关规定

影响飞机

纵向静操纵性的第二个因素

就是飞行马赫数

平飞杆力随

飞行马赫数的变化

情况如下

临界马赫数附近

速度增加

飞机有自动低头的现象

出现操纵反常

其原因是

焦点后移

飞机速度静不稳定

而

单位载荷杆力随马赫数变化

情况如下

飞行速度大于临界马赫数以后

由于

飞机焦点后移

迎角稳定性过强

以及飞机

舵面效能变差

飞机操纵性能变差

此时

单位载荷杆力增大

讲到这里

本次课程即将结束

最后 对本次课进行一下小结

本次课

我们讲了

飞行中改变迎角的原理

又分析了杆力 杆位移

与飞行状态之间的关系

然后

又分析了

影响纵向静操纵性的因素

本次课程到此结束

谢谢