DTA124TK/95力矩不穩(wěn)定力矩,重心位置與靜穩(wěn)定性的關(guān)系.

全機(jī)焦點(diǎn)位于重心之后(xf>Xw):飛機(jī)是縱向靜穩(wěn)定的。

全機(jī)焦點(diǎn)位于重心之前(XF<xw):飛機(jī)是縱向靜不穩(wěn)定的。

全機(jī)焦點(diǎn)位于重心重合(XF=xw):飛機(jī)就具有縱向中立靜穩(wěn)定性。

從物理概念上不難理解以上的結(jié)論。定常直線飛行的飛機(jī)全機(jī)縱向力矩是平衡的,當(dāng)受到擾動(dòng)使飛機(jī)抬頭時(shí),迎角增加,產(chǎn)生的氣動(dòng)升力增量是向上的,作用在全機(jī)焦點(diǎn)上。如果全機(jī)焦點(diǎn)在重心之后,升力增量對(duì)重心必然形成低頭力矩,使飛機(jī)有低頭運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),升力增量產(chǎn)生的是恢復(fù)力矩,飛機(jī)具有縱向靜穩(wěn)定性(見圖4-7(a));如果全機(jī)焦點(diǎn)在重心之前,升力增量對(duì)重心必然形成抬頭力矩,使飛機(jī)更加偏離原飛行姿態(tài),飛機(jī)就具有縱向靜不穩(wěn)定性(見圖4-7(b));當(dāng)受到擾動(dòng)使飛機(jī)低頭時(shí),迎角減小,產(chǎn)生的氣動(dòng)升力增量是向下的,作用在全機(jī)焦點(diǎn)上。如果全機(jī)焦點(diǎn)在重心之后,升力增量對(duì)重心必然形成抬頭力矩,使飛機(jī)有抬頭運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),升力增量產(chǎn)生的是恢復(fù)力矩,飛機(jī)具有縱向靜穩(wěn)定性;如果全機(jī)焦點(diǎn)在重心之前,升力增量對(duì)重心必然形成低頭力矩,使飛機(jī)更加偏離原飛行姿態(tài),飛機(jī)就具有縱向靜不穩(wěn)定性;如果全機(jī)焦點(diǎn)和重心重合,升力增量不會(huì)對(duì)重心形成力矩,飛機(jī)就具有縱向中立靜穩(wěn)定性。

全機(jī)焦點(diǎn)和重心之間的距離KF=XF-Xw稱為縱向靜穩(wěn)定裕量。顯然,為了保證飛機(jī)具有一定的縱向靜穩(wěn)定性,不但要求KF>0,而且要求KF達(dá)到一定的數(shù)值,也就是要求全機(jī)焦點(diǎn)在重心之后一定的距離。不同用途的飛機(jī)對(duì)重心到焦點(diǎn)的距離有著不同的要求,對(duì)于民用飛機(jī),這個(gè)距離大約為平均空氣動(dòng)力弦長(zhǎng)的10%~15%。

從以上分析也可以得出水平尾翼的又一個(gè)重要的作用――為飛機(jī)提供必要的縱向靜穩(wěn)定性。亞音速飛行時(shí),機(jī)翼的焦點(diǎn)一般在飛機(jī)重心之前(見圖4-6),所以單有機(jī)翼的飛機(jī)是縱向靜不穩(wěn)定的。機(jī)身對(duì)縱向力矩的影響,使焦點(diǎn)向前移(見圖4-6),所以,翼身組合體的縱向靜不穩(wěn)定性更大。將水平尾翼的作用考慮進(jìn)去以后,焦點(diǎn)大大向后移,形成了在飛機(jī)重心之后的全機(jī)焦點(diǎn),如圖4-6所示,所以水平尾翼為飛機(jī)提供了縱向靜穩(wěn)定性。

影響飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的因素,握桿和松桿對(duì)飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的影響

在上面縱向靜穩(wěn)定性概念討論中,假設(shè)受擾動(dòng)后,飛機(jī)的速度不變,只有迎角變化,并且在受擾動(dòng)過程中,升降舵面不能自由偏轉(zhuǎn),所以上述討論的穩(wěn)定性也稱為握桿定速靜穩(wěn)定性。對(duì)于沒有安裝助力器的飛機(jī)進(jìn)行松桿飛行(松浮狀態(tài)),受到擾動(dòng)使迎角發(fā)生改變時(shí)升降舵就會(huì)隨風(fēng)偏轉(zhuǎn),使平尾產(chǎn)生附加的縱向力矩,而且大小與迎角成正比,從而使得松桿飛行時(shí),飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性與握桿(固定狀態(tài))的情況有所不同。

升降舵可以自由隨風(fēng)偏轉(zhuǎn)對(duì)飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性的影響可以這樣來理解:當(dāng)擾動(dòng)使飛機(jī)頭增加迎角時(shí),升降舵會(huì)順氣流方向向上偏轉(zhuǎn),在平尾上產(chǎn)生的附加縱向力矩是正值,有飛機(jī)抬頭進(jìn)一步偏離原飛行姿態(tài)的趨勢(shì),所以飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性減少了,也可以說,與抄桿飛行相比,松桿飛行時(shí),全機(jī)焦點(diǎn)的位置前移了。

在實(shí)際飛行中,由于飛機(jī)操縱系統(tǒng)存在著摩擦,即使松桿飛行,升降舵也不會(huì)完全自日地隨風(fēng)擺動(dòng),理想的松桿飛行狀態(tài)是不存在的;另一方面,駕駛桿到升降舵要經(jīng)過較長(zhǎng)的動(dòng)機(jī)構(gòu),由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈性間隙和裝配間隙,駕駛桿也不能完全約束住升降舵的擺動(dòng),可以理想的握桿飛行狀態(tài)也是不存在的。但無論如何盡量減少升降舵隨氣流的自由擺動(dòng)是必的,目的是減少在松桿和握桿兩種飛行狀態(tài)下,飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定的差異。對(duì)于裝有無回力島力器的飛機(jī),如果助力器安裝在距升降舵較近的地方,升降舵就不能自由擺動(dòng)。因此,可坊認(rèn)為這種飛機(jī)的松桿飛行與握桿飛行的縱向靜穩(wěn)定性是相同的。

機(jī)實(shí)用重心和飛機(jī)焦點(diǎn)位置的變化

影響飛機(jī)實(shí)用重心的位置的因素:貨物的裝載情況、乘客的位置、燃油的數(shù)量及耗情況以及飛機(jī)的構(gòu)型等等都會(huì)影響飛機(jī)實(shí)用重心的位置。

影響飛機(jī)焦點(diǎn)位置的因素:

飛行ma數(shù):超音速(ma>1.5)時(shí),焦點(diǎn)后移;

水平尾翼:升降舵的偏轉(zhuǎn)角和水平安定面的配平角;

飛機(jī)構(gòu)型:襟翼、縫翼、起落架等的位置;

縱向操縱系統(tǒng)的安裝間隙和彈性間隙。

飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性,飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性研究的是飛機(jī)受到擾動(dòng)后,恢復(fù)原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)過程。

這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程是由飛機(jī)的靜穩(wěn)定力矩、在俯仰擺動(dòng)中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及俯仰阻尼力矩相互作用的結(jié)果來確定。

俯仰阻尼力矩,俯仰阻尼力矩的產(chǎn)生具有足夠的縱向靜穩(wěn)定力矩只能使飛機(jī)具有自動(dòng)返回原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),并不能保證飛機(jī)最終能恢復(fù)到原有的飛行

姿態(tài)。要做到這一點(diǎn),還必須使飛機(jī)在恢復(fù)原有飛行姿態(tài)的俯仰擺動(dòng)中受到足夠的俯仰阻尼力矩,使飛機(jī)的俯仰擺動(dòng)逐漸減弱直至停止。

俯仰擺動(dòng)中,飛機(jī)上的氣動(dòng)升力增量產(chǎn)生的附加俯仰力矩。當(dāng)飛機(jī)在俯仰擺動(dòng)中抬頭時(shí),重心前各處的迎角減小,產(chǎn)生的升力增量向下作用;重心后各處的迎角增大,產(chǎn)生的升力增量向上作用,這樣分布的升力平尾附加升力.

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