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大家好

我是岳奎志

本次课程为

飞机的侧向静操纵性

飞机的侧向静操纵性

包涵

方向静操纵性和横侧静操纵性

本次课将带您走进飞机

侧向静操纵性的世界

在上本次课之初

先制定以下学习目标

一共五条

1 理解方向静操纵性

2 分析影响方向静操纵性的因素

3 理解横侧静操纵性

4 分析影响横侧静操纵性的因素

5 分析横侧操纵与

方向操纵的相互影响

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

来考察一下

您对

飞机

侧向静操纵性的认知储备情况

这个问题就是

跨音速阶段

蹬舵是正倾斜

还是反倾斜

为什么

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

将得以实现

我们首先

分析

方向静操纵性

方向静操纵性

指飞行员偏转方向舵

改变侧滑角的特性

例如 飞行员

蹬右舵

此时飞机产生

向右偏的

方向操纵力矩

飞机在此时

会出现左侧滑

在方向静操纵性

知识点中

我们首先研究

直线飞行中改变侧滑角的原理

例如

此时

飞行员如果蹬左舵

方向舵

后缘向左偏

偏转角是

方向舵偏转角

符号是δy

此时

作用在

立尾上将产生

向右的侧力

该侧力绕飞机重心

将产生使飞机机头

向左偏的方向操纵力矩

在此过程中

飞机机头向左偏

同时

由于

此时会产生

右侧滑

右侧滑气流

作用到立尾上

将使立尾产生方向稳定力矩

方向稳定力矩使机头追气流

当

方向操纵力矩加

方向稳定力矩之和等于0

此时对应的力矩系数之和也就为0

在此时

方向舵效能×

方向舵偏角+

方向舵

静稳定度×侧滑角=0

从这个公式中

我们可以知道

一个方向舵偏角

会对应一个侧滑角

在介绍完直线飞行中改变

侧滑角的原理之后

下面再介绍一下

方向静操纵度

方向静操纵度是指

方向舵

偏转

单位量时

侧滑角的变化量

它用符号dβ/dδy来表示

如图所示

图中横坐标

是方向舵偏角

纵坐标是侧滑角

图中

红色直线的斜率

它就表示方向静操纵度

此时

方向静操纵度是小于0的

在介绍完

方向静操性之后

再介绍影响

方向静操纵性的因素

在此之初

先介绍两个概念

一个概念就是脚蹬力

脚蹬力是飞行员用脚蹬舵

施加的力 就是脚蹬力

例如飞行员

蹬左舵

左脚蹬左舵

施加在脚蹬上的力就是脚蹬力

蹬左舵之后

飞机垂尾后缘的方向舵

会向左偏

偏转的角度

是

方向舵偏转角

飞机

此时

机头会向左偏

飞机会出现右侧滑

介绍的第二个概念

就是

漂浮角

方向舵漂浮角的概念如下

当飞机在空中飞行的时候

飞行员

如果此时不蹬舵

舵保持中立

当出现侧滑时

例如出现右侧滑

那么

方向舵将随

侧滑气流

偏转一个角度

从中立位置偏转一个角度

这个角度就是

方向舵漂浮角

飞机

在空中飞行的时候

一个侧滑角会对应一个

方向舵漂浮角

此时

当侧滑角比较小的时候

方向舵漂浮角

要小于方向舵偏转角

此时 飞行员如果要蹬舵

蹬舵

量就比较小

蹬舵使方向舵偏转的角度

就等于

方向舵偏转角再减去

方向舵漂浮角

如果

当侧滑角继续增大

此时

在某一时刻

方向舵漂浮角

会等于

方向舵偏转角

如果侧滑角再继续增大

那么

方向舵漂浮角继续偏转

直至偏转到

尽头

此时

方向舵漂浮角会大于

方向舵偏转角

这种现象属于“自动上舵”

这在飞行操纵中

属于不正常现象

一般是不允许出现的

影响方向静操纵性的因素

第2条就是飞行马赫数

它又分三种情况

分别是

亚声速时

方向操纵性能基本不变

跨声速时

存在蹬舵反倾斜现象

超声速时

方向操纵性减弱

此时 需要助力器

下面

我们以两个案例为例

来详细说明一下

马赫数

对方向静操纵性的影响

第一个案例就是

亚声速时

方向操纵性基本不变

例如 此时

飞行员如果蹬右舵

蹬右舵时

会产生方向操纵力矩

使机头向右偏

在此过程中

飞机会出现左侧滑

出现左侧滑之后

侧滑前翼

是左机翼

侧滑后翼是右机翼

此时侧滑前翼升力大

侧滑后翼升力小

飞机会产生横侧稳定力矩

使飞机绕纵轴

向右滚转

所以

此时

蹬右舵

飞机向右偏转

出现左侧滑

然后飞机产生横侧稳定力矩

飞机向右滚转

第二个案例

就是

跨声速阶段存在

蹬舵反倾斜现象

以蹬右舵为例

飞行员

蹬右舵

将产生方向操纵力矩

使机头向右偏

此时出现左侧滑

侧滑前翼是左机翼

侧滑后翼是右机翼

但是

在跨声速阶段

侧滑前翼升力系数

反而小于

侧滑后翼升力系数

所以

右机翼

升力大

左机翼升力小

飞机此时

在跨音速阶段

会产生

横侧静不稳定力矩

使飞机

绕纵轴向左滚转

也就是说

飞机

在跨音速阶段的时候

如果蹬右舵

飞机

会向右偏转

此时出现左侧滑

在跨音速时

飞机

会向左滚转

这也就是

“蹬舵反倾斜”现象

在介绍完

方向静操纵性之后

下面再介绍

横侧静操纵性

横侧静操纵性

是指飞行员

偏转副翼时

飞机在无侧滑条件下

改变其

稳定滚转角速度的特性

例如

此时飞行员在座舱里边

操纵驾驶杆

向左压驾驶杆时

左副翼上偏

右副翼下偏

右副翼下偏之后

右机翼

翼型的相对弯度变大

升力系数变大

左机翼

翼型的相对弯度变小

升力系数变小

飞机右机翼产生的升力大

左机翼产生的升力小

在升力差作用下

飞机

将绕纵轴做滚转运动

向左压杆

飞机向左滚转

产生滚转操纵力矩

滚转操纵力矩

又称横侧操纵力矩

飞机在向左

滚转的过程中

由于机翼和空气相接触

它就会受到空气的阻力

此时会产生

滚转阻尼力矩

当滚转阻尼力矩和

横侧操纵力矩之和为0时

达到了新的平衡状态

此时

力矩之和为零

对应的

力矩系数之和也就为0

此时是

副翼效能乘以副翼舵偏角

它加上

飞机滚转阻尼力矩系数

乘以滚转角速度

就等于0

在此过程中

可以求到

滚转角速度

和副翼舵偏角之间的

关系式

如图所示

所以

飞机在

飞行的时候

飞行速度一定时

一个压杆位

对应一个

副翼舵偏角

一个副翼舵偏角

就对应一个滚转角速度

进而可以知道

飞行速度一定时

一个压杆位

就对应一个滚转角速度

介绍完

横侧静操纵性后

下面

再分析一下

影响横侧静操纵性的因素

影响因素之一是

飞行马赫数

它分三种情况

1 亚声速时

速度越大

滚转越快

其原因是

速度

与

操纵力矩

与速度的平方是成正比的

而

阻尼力矩

与

速度是成正比的

飞机

速度越大

滚转就越快

在跨声速阶段

滚转角速度

随马赫数增加而减小

这是因为

在跨声速时

出现激波

激波

导致

副翼操纵效能降低

所以

跨声速阶段

滚转角速度

随马赫数增加而减小

第三种情况

是低空大表速

副翼升力使机翼扭转变形

副翼操纵效率降低

在飞机设计和制造阶段

就

采取

一些措施

使这种现象

进行

减小

这些措施主要包括

增加机翼抗扭刚度

二是安装阻流片

三是加装内侧副翼

这些措施

都可以改善

副翼操纵效率降低的现象

影响横侧静操纵性的

第二个因素就是迎角

在小迎角时

操纵性比较好

举例说明一下

例如飞行员

在座舱里边

向左压杆时

飞机

左副翼上偏 右副翼下偏

在升力差作用下

将产生

向左滚的横侧操纵力矩

此时

飞机会出现左侧滑

出现左侧滑

此时由于垂尾

起作用

垂尾的方向稳定力矩

会使“机头追气流”

机头会向左偏

也就是说

飞机

座舱里的飞行员

驾驶飞机

飞行员向左压杆时

会向左滚转

同时飞机

会向左偏转

在大迎角条件下

操纵性能变差

可能存在

“压杆反倾斜”现象

举例说明一下

座舱里的飞行员

向左压杆时

它会产生

向左滚转的操纵力矩

此时

飞机会出现

左侧滑

当出现左侧滑的时候

由于迎角比较大

流向垂尾的气流

被机翼遮挡了

那么垂尾的

方向稳定力矩就不起作用

此时起作用的是机翼的

横侧稳定力矩

由于是左侧滑

所以左机翼升力大

右机翼升力小

此时

飞机会产生

向右滚转的

横侧稳定力矩

那么

飞行员在座舱里边

向左压杆

飞机此时由于

横侧稳定力矩

大于

横侧操纵力矩

飞机

此时就会

向右滚转

这就是

“压杆反倾斜”现象

介绍完

横侧静操纵性的影响因素之后

下面

咱们再分析一下

横侧操纵

和方向操纵的相互影响

其实

飞机

在飞行员的操纵下

无论是只压杆

还是只蹬舵

飞机都会出现

方向偏转和滚转

同时出现

举例说明一下

例如飞行员

在座舱里边

蹬右舵

飞机机头

会产生方向操纵力矩

使机头

向右偏

此时

飞机

机头向右偏之后

会出现左侧滑

侧滑前翼是左机翼

侧滑后翼是右机翼

飞机就会产生

向右滚转的横侧稳定力矩

所以

飞机向右滚转

也就是

飞行员在座舱里边

只蹬舵

比如说

只蹬右舵

飞机

要向右偏转

出现左侧滑

同时

它还会向右滚转

刚才咱们介绍了

只蹬舵

下面

咱们再介绍

只压杆

在仅压杆的条件下

飞机也会出现

滚转和偏转同时出现

例如

向

右压杆

座舱里的飞行员

向右压杆的时候

飞机

会产生

向右滚转的操纵力矩

飞机向右滚转

此时

飞机会出现右侧滑

当出现右侧滑的时候

飞机的垂尾起作用

会产生方向稳定力矩

使机头追气流

飞机机头会向右偏转

也就是说

座舱里的飞行员

向右压杆

飞机向右滚转

同时向右偏转

还有一些特殊情况

大迎角下

会

出现压杆反倾斜现象

举个案例说明一下

在大迎角时

座舱里的飞行员

向右压杆

此时会产生向右滚转的

横侧操纵力矩

飞行员向右压杆时

飞机

会

出现右侧滑

出现右侧滑之后

由于大迎角

流向垂尾的气流

被机翼遮挡了

所以

垂尾的方向稳定力矩不起作用

而此时

是右侧滑

横侧稳定力矩起作用

右机翼是侧滑前翼

左机翼是侧滑后翼

此时会产生横侧稳定力矩

使飞机

向左滚转

也就是说

座舱里的飞行员

向右压杆时

向右

滚转的横侧操纵力矩

小于

向左滚转的横侧稳定力矩

这这种情况下

会出现

“压杆反倾斜”现象

大迎角下

会出现“压杆反倾斜”现象

怎样修正呢

修正方法就是采用

“反杆反舵”的修正方法

既然

压杆反倾斜

是由侧滑引起的

横侧稳定力矩产生的

那么可以

蹬舵提前避免侧滑

左倾斜

可以采用向右压杆

蹬右舵

消除右侧滑

这就是

反杆反舵的修正方法

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

方向静操纵性

影响方向静操纵性的因素

又讲了横侧静操纵性

影响

横侧静操纵性的因素

然后

还分析了

横侧操纵

和方向操纵的相互影响

本次课程

到此结束

谢谢