VI-810423機(jī)翼的后掠角對(duì)飛機(jī)的方向穩(wěn)定性也有一定的作用．從圖4-1.7(b)可以看到,當(dāng)有正側(cè)滑角尸存在,氣流從飛機(jī)的右前方吹來(lái)時(shí),由于機(jī)翼有后掠角,流過(guò)右側(cè)機(jī)翼、垂直機(jī)翼前緣而產(chǎn)生氣動(dòng)力的氣流速度大于左側(cè)機(jī)翼的速度。這樣,不但右側(cè)機(jī)翼上的升力大于左側(cè)機(jī)翼的升力,右側(cè)機(jī)翼上的阻力也大于左側(cè)機(jī)翼的阻力。兩側(cè)不平衡的阻力會(huì)使機(jī)頭對(duì)準(zhǔn)來(lái)流,消除側(cè)滑角。另外)機(jī)體的側(cè)向迎風(fēng)面積出對(duì)飛機(jī)的方向穩(wěn)定性有一定的影響．

靜穩(wěn)定力矩、慣性力矩和氣動(dòng)阻尼力矩,橫側(cè)向靜穩(wěn)定力矩是指由于側(cè)滑角尸而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩,在4.5飛機(jī)的橫側(cè)向靜穩(wěn)定性一節(jié)中已經(jīng)講到。

慣性力矩是指當(dāng)飛機(jī)繞縱軸、立軸加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而產(chǎn)生的使飛機(jī)維持繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩,其大小與飛機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量大小及分布等囚素有關(guān)。

氣動(dòng)阻尼力矩是指由于在擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)時(shí),作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力產(chǎn)生的阻尼力矩。

當(dāng)飛祝繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng),各部件上的氣動(dòng)力分布發(fā)生變化,從而產(chǎn)生了繞縱軸的滾轉(zhuǎn)力矩。比如,當(dāng)飛機(jī)繞縱軸向右滾轉(zhuǎn),首先,左翼向上運(yùn)動(dòng),使流過(guò)左翼氣流迎角減小,升力減小;右翼向下運(yùn)動(dòng),使流過(guò)右翼氣流迎角增大,升力增加,左右機(jī)翼升力不平衡,產(chǎn)生了使飛機(jī)繞縱軸向左滾轉(zhuǎn)的力矩。其次,當(dāng)飛機(jī)向右滾轉(zhuǎn)時(shí),垂直尾翼也會(huì)向右下方運(yùn)動(dòng),使流過(guò)垂尾的氣流產(chǎn)生了向右偏的迎角,垂尾兩側(cè)面氣動(dòng)力不平衡,產(chǎn)生了指向左側(cè)氣動(dòng)力。由于氣動(dòng)力作用點(diǎn)沿立軸方向至飛機(jī)縱軸有一定距離,此氣動(dòng)力也產(chǎn)生了使飛機(jī)繞縱軸向左滾轉(zhuǎn)的力矩。同樣,也可以分析,當(dāng)飛機(jī)向左滾轉(zhuǎn)時(shí),飛機(jī)機(jī)翼、垂尾部件上的氣動(dòng)力發(fā)生變化,就會(huì)產(chǎn)生使飛機(jī)向右滾轉(zhuǎn)的力矩。由此可見(jiàn),一旦飛機(jī)出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),機(jī)體上附加氣動(dòng)力產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩總是與已經(jīng)存在的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反,是阻尼力矩。

當(dāng)飛機(jī)繞立軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),各部件上的氣動(dòng)力分布也會(huì)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生了繞立軸的偏航力矩。比如,當(dāng)飛機(jī)繞立軸向左偏轉(zhuǎn),首先,垂尾相對(duì)氣流向右運(yùn)動(dòng),使流過(guò)垂尾的氣流產(chǎn)生了向右偏的迎角,垂尾兩側(cè)面氣動(dòng)力不平衡,產(chǎn)生指向左側(cè)的氣動(dòng)力,此氣動(dòng)力對(duì)飛機(jī)重心產(chǎn)生偏航力矩,使飛機(jī)繞立軸向右偏轉(zhuǎn);其次,當(dāng)飛機(jī)繞立軸向左偏轉(zhuǎn)時(shí),左機(jī)翼向后運(yùn)動(dòng),相對(duì)氣流速度減小,阻力減小,右機(jī)翼向前運(yùn)動(dòng),相對(duì)氣流速度增加,阻力增大,兩側(cè)機(jī)翼阻力不平衡,也對(duì)飛機(jī)立軸產(chǎn)生向右轉(zhuǎn)動(dòng)的偏航力矩。同樣,可以分析,當(dāng)飛機(jī)向右偏轉(zhuǎn)時(shí),垂尾、機(jī)翼產(chǎn)生的偏航力矩會(huì)使飛機(jī)向左偏轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn),一旦飛機(jī)出現(xiàn)偏航運(yùn)動(dòng),機(jī)體上附加氣動(dòng)力產(chǎn)生的偏航力矩總是與已經(jīng)存在的偏航運(yùn)動(dòng)方向相反,也是阻尼力矩。

從以上分析可以看到,當(dāng)飛機(jī)在擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)、偏航運(yùn)動(dòng)時(shí),機(jī)翼、垂直尾翼部件上的氣動(dòng)力變化就會(huì)產(chǎn)生與已有的滾轉(zhuǎn)、偏航運(yùn)動(dòng)方向相反、起阻尼作用的力矩,這就是氣動(dòng)阻尼力矩。由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的氣中,機(jī)翼起主要作用;由偏航運(yùn)動(dòng)引起動(dòng)阻尼力矩中,垂直尾翼起主要作用．

交叉力矩是指由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的偏航力矩和由偏航運(yùn)動(dòng)引起的滾轉(zhuǎn)力矩。

比如,當(dāng)飛機(jī)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)向右橫滾時(shí),首先,左機(jī)翼迎角減小,阻力減小;右機(jī)翼迎角增大,阻力增加,兩側(cè)機(jī)翼不平衡的阻力產(chǎn)生使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)的偏航力矩。其次,當(dāng)飛機(jī)向右滾轉(zhuǎn)時(shí),垂直尾翼也會(huì)向右下方運(yùn)動(dòng),使流過(guò)垂尾的氣流產(chǎn)生向右偏的迎角,垂尾兩側(cè)面氣動(dòng)力不平衡,產(chǎn)生指向左側(cè)的氣動(dòng)力,此氣動(dòng)力也產(chǎn)生使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)的偏航力矩。這就是由滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的偏航力矩,是一種交叉偏航力矩。

當(dāng)飛機(jī)繞立軸向左偏航時(shí),首先,垂尾相對(duì)氣流向右運(yùn)動(dòng),使流過(guò)垂尾的氣流產(chǎn)生向右偏的迎角,垂尾兩側(cè)面氣動(dòng)力不平衡,產(chǎn)生指向左側(cè)的氣動(dòng)力,由于氣動(dòng)力作用點(diǎn)沿立軸至飛機(jī)縱軸有一定的距離,故產(chǎn)生使飛機(jī)繞縱軸向左橫滾的滾轉(zhuǎn)力矩。其次,當(dāng)飛機(jī)向左偏航時(shí),左機(jī)翼氣流相對(duì)速度減小,升力減小;右機(jī)翼氣流相對(duì)速度加大,升力增加,兩側(cè)機(jī)翼不平衡的升力也產(chǎn)生使飛機(jī)繞縱軸向左橫滾的滾轉(zhuǎn)力矩。這就是由偏航運(yùn)動(dòng)引起的滾轉(zhuǎn)力矩,是一種交叉滾轉(zhuǎn)力矩。

擾動(dòng)消失后,飛機(jī)在恢復(fù)原飛行姿態(tài)而產(chǎn)生的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)中受到靜穩(wěn)定力矩、慣性力矩、氣動(dòng)阻尼力矩和交叉力矩的共同作用,擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況就和影響這些力矩的各種因素有關(guān)。

橫側(cè)向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的三種模態(tài)及特性

滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)是一種非周期性的、衰減很快的運(yùn)化,而側(cè)滑角卩和偏航角ψ的變

化很小,可以忽略不計(jì)。這是一種近似單純的繞飛機(jī)縱軸的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)轱w機(jī)滾轉(zhuǎn)慣性較小,而滾轉(zhuǎn)阻尼力矩較大,所以這種滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)衰減很快(滾轉(zhuǎn)角γ隨時(shí)間的變化如圖4-19所示),可以看成是一種衰減很快的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般飛機(jī)都能滿足此模態(tài)的穩(wěn)定性要求。

螺旋旋模態(tài)運(yùn)動(dòng)中,側(cè)滑角近似叉時(shí)間)滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)為零,偏航角ψ大于滾轉(zhuǎn)角γ,所以螺旋模態(tài)運(yùn)動(dòng)主要是略帶滾轉(zhuǎn)、側(cè)滑角近似為零的偏航運(yùn)動(dòng),如圖4-20所示。

飛機(jī)的方向靜穩(wěn)定性遠(yuǎn)大于側(cè)向靜穩(wěn)定性時(shí),會(huì)出現(xiàn)這種不穩(wěn)定模態(tài)。當(dāng)方向靜穩(wěn)定性過(guò)大時(shí),一旦飛機(jī)受到擾動(dòng)發(fā)生滾轉(zhuǎn)和側(cè)滑,過(guò)大的方向靜穩(wěn)定性會(huì)使側(cè)

滑角很快得到修正,機(jī)頭很快對(duì)準(zhǔn)氣流,并且在對(duì)準(zhǔn)氣流的偏航運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生較大的交叉滾轉(zhuǎn)力矩,這一力矩和側(cè)滑角引起的側(cè)向靜穩(wěn)定力矩方向相反。當(dāng)交叉滾轉(zhuǎn)力矩大于側(cè)向穩(wěn)定力矩時(shí),滾轉(zhuǎn)不但得不到糾正,還會(huì)繼續(xù)加大。滾轉(zhuǎn)得不到糾正會(huì)使飛機(jī)機(jī)頭繼續(xù)對(duì)準(zhǔn)來(lái)流,向傾斜的一側(cè)偏轉(zhuǎn)。結(jié)果,便產(chǎn)生了機(jī)身向一側(cè)傾斜,機(jī)頭下沉并不斷對(duì)準(zhǔn)來(lái)流的沿螺旋線航跡盤(pán)旋下降的螺  圖4-20飛機(jī)螺旋運(yùn)動(dòng)旋發(fā)散運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖4-20)。這種運(yùn)動(dòng)模態(tài)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化比較緩慢,駕駛員都來(lái)得及糾正,所以不會(huì)對(duì)飛行安全帶來(lái)重大危害。

荷蘭滾模態(tài)率較快(為幾秒)的中等阻尼的橫向―航向組合振蕩,如圖4-21所示。

荷蘭滾模態(tài)運(yùn)動(dòng)中,飛角、滾轉(zhuǎn)角γ和偏航矽的量級(jí)相同(而b和t的數(shù)值更為接近),而滾轉(zhuǎn)、偏航運(yùn)動(dòng)的速度較小。各運(yùn)動(dòng)參數(shù)都隨時(shí)間按振蕩方式周期變化,形成飛機(jī)一面來(lái)回滾轉(zhuǎn),一面左右偏航,同時(shí)帶有側(cè)滑的振蕩運(yùn)動(dòng),即荷蘭滾運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖4-21)。

當(dāng)側(cè)向靜穩(wěn)定性過(guò)大時(shí),一旦飛機(jī)受到擾動(dòng),產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)和側(cè)滑,過(guò)大的側(cè)向靜穩(wěn)定性會(huì)使?jié)L轉(zhuǎn)很快得到修正,機(jī)翼復(fù)平,而方向靜穩(wěn)定性卻來(lái)不及修正側(cè)滑,使機(jī)頭對(duì)準(zhǔn)來(lái)流。也就是說(shuō),機(jī)翼已復(fù)平時(shí),飛機(jī)仍繞立軸轉(zhuǎn)動(dòng)繼續(xù)在消除側(cè)滑角。飛機(jī)復(fù)平后,較大的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生的慣性力矩和側(cè)滑存在引起的側(cè)向靜穩(wěn)定力矩使飛機(jī)向相反一側(cè)滾轉(zhuǎn),造成向相反一側(cè)的側(cè)滑,接著側(cè)向靜穩(wěn)定性又使飛機(jī)在來(lái)不及修正側(cè)滑時(shí)向另一側(cè)滾轉(zhuǎn)復(fù)平,如此反復(fù),使飛機(jī)進(jìn)人一面滾轉(zhuǎn),一面左右偏航,同時(shí)帶有側(cè)滑的荷蘭滾不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。所以,.側(cè)向靜穩(wěn)定性與方向靜穩(wěn)定性相比較大時(shí),飛機(jī)易產(chǎn)生荷蘭滾不穩(wěn)定。

當(dāng)發(fā)生荷蘭滾不穩(wěn)定時(shí),由于振蕩頻率較高、周期較短,飛機(jī)會(huì)以逐漸增大的振幅迅速左右搖晃。駕駛員對(duì)這種高頻率振蕩很難加以控制,所以荷蘭滾模態(tài)不穩(wěn)定會(huì)影響飛行安全和飛行任務(wù)的完成,在三種模態(tài)中最受重視。CCAR-25部規(guī)定:任何橫向一航向組合振蕩(荷蘭滾),在操縱松浮情況下，都必須受到正阻尼。

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