4.4 飞机的稳定和操作 | | 飞机只依靠自身产生的空气动力支持在空中因此飞机的稳定和操纵比其他任何交通工具都要复杂. | | 飞机的稳定 | 讨论物体的稳定问题,首先要在物体处于平衡状态下才有意义。一个圆球可以有三种不同的平衡状态,当圆球处在坑内,对它稍加一点力使它离开原来位置,外力一取消,它能恢复到原来位置,这是“稳定"平衡状态e圆球在水平平面上,无论圆球移动到那个位置,它都能建立新的平衡状态这叫“中立稳定"平衡状态.而处在凸包顶端的困球虽然也是平衡的,但加力使它离开原来位置后,不能恢复到原来位置上来。这是“不稳定"平衡状态。
飞机在水平直线飞行时升力Y与重力G大小相等方向相反,推力P与阻力Q也是大小相等方向相反。四个方都作用在飞机重心七因此是平衡的。作用在飞机上的抬头力矩M+和低头力矩M.也是大小相等方向相反处于平衡状态。如果飞机是稳定的,那末在受到一个小的外力短时间干扰后破坏了平衡,在外力消失后通过短时间波动能恢复到原来的飞行状态.不能恢复到原有状态的飞机就是不稳定的.但是飞机与地面上的圆球不同,圆球只有两个方向的自由度,而飞机可以绕三根轴改变姿态.飞机绕横轴Z的运动称俯仰运动,绕立轴Y的运动称偏航运动,绕纵轴X的运动称滚转运动.
水平尾翼对飞机绕横轴的纵向稳定具有重要的作用.如果飞机原来以一定的攻角作水平直线飞行,有一阵风吹向机头便机翼攻角增大,飞机抬头。阵风消失后由于惯性,飞机仍沿原方向飞行。这时水平尾翼的攻角也增大,在尾翼上产生一个向上的附加力f.这个力相对于飞机重心产生一个低头力矩M将机头按下。经过短时间的上下摇摆,飞机就可恢复到原来的飞行状态。 |  | 飞机绕立轴的稳定叫方向稳定(又叫航向稳定).
垂直尾翼对飞机的方向稳定影响最大。如果有一阵风从机头侧方吹来,使机头左偏产生了飞机轴线与飞行方向之间的偏航角.阵风消除后,由于惯性,飞机仍然保持原来的方向飞行.这时相对气流吹到偏斜的垂直尾翼上,产生了一个向左的附加力f.这个力便绕飞机童心产生了一个向右的恢复力矩M,使机头向右偏.经过一阵短时间的左右摇摆,消除掉偏航角,最终恢复到原有的飞行状态.
保证飞机绕纵轴的侧向稳定的因素主要有机翼的上反角审和后掠角X.
我们先来看上反角的侧向稳定作用.
当飞机稳定飞行时,如果有一阵风吹到飞机左翼上,使左翼抬起,右翼下沉,飞机绕纵轴发生倾例。这时飞机升力也随着倾侧。升力倾侧后与重力构成一个合力使飞机沿着合力的方向向右下方滑过去,这种状态叫做“侧滑"。飞机侧滑后吹到机翼上的相对气流由于上反角的存在,与右翼翼弦所形成的攻角。1要大于左翼的攻角。2。因此,右翼产生的升力Y1也大于左翼的升力Y2。这两个力的差,对飞机重心产生了一个恢复力矩M,经过短时间的二侧摇摆后就使飞机恢复到原来的飞行状态。 上反角越大,飞机的侧向稳定性就越好。相反,下反角则起侧向不稳定的作用。
现代飞机机翼的上反角大约在正7度到负10度之间。为什么有的飞机要采用负上反角即下反角呢?这是因为机翼的后掠角也有侧向稳定的作用,如果后掠角的稳定作用过大使飞机不容易操纵的时候,就要采用下反角来抵消一部分后掠角的侧向稳定作用。
现在再来看机翼后掠角是怎样起侧向稳定作用的。如图146所示,一架后掠翼飞机原来处于稳定飞行状态。当阵风从下面向上吹到右翼上的时候,破坏了稳定飞行,飞机右翼上扬,左翼下沉,机翼向左倾侧,升力也随着倾侧,同样使飞机向左下方发生侧滑。
阵风消失后飞机沿侧滑方向飞行,由于后掠角的存在,虽然相对机翼的气流速度在两边机翼上是一样的,但是垂直于机翼前缘的实际有效妥速左翼大而右翼小(V l〉v2),所以左翼的升力Y1也大于右翼的升力Y2.两者之差构成恢复力矩M。正好使机翼向原来的位置转过去。这样经过短时间的摇摆,飞机最后便恢复到原先的飞行状态.
飞机的侧向和方向稳定紧密联系并互相影响。因此常常合称为“横侧稳定"。二者如果配合得不好,方向稳定远远地超过侧向稳定时,飞机会自发地循螺旋状轨迹下降,这叫螺旋不稳定。相反的情况下,飞机会周期地反复作侧滑、滚转和偏航动作,这叫荷兰滚。因为它的样子很象荷兰人溜冰,所以取了这个名称。 | | 飞机的操纵 | 飞机除了应能作稳定的飞行外还应具有良好的操纵能力,实际上j飞机如果不稳定,虽然飞行很困难,还能勉强上天。然而飞机如果不能操纵,则根本不能飞行。
飞机的操纵是通过三个操纵面一升降舵、方向舵和副翼来进行的。偏转这三个操纵面,飞机就会绕其纵轴、横轴和立轴转动,而改变其飞行状态。
如果驾驶员想让飞机抬头,那么他可拉驾驶杆使升降舵向上偏转,水平尾翼的攻角减小,产生一个向下的附加力￡这个力作用到飞机重心上便产生一个抬头力矩使飞机抬头,攻角增大。飞机在拉力的作用下将转入爬升状态。 |  | 现代歼击机的升降舵的偏转角大约在正15度到负30度之间(升降舵向上偏转为负值)。大型飞机的偏转角度要小些。一般在正15度到负20度之间。
如果驾驶员要作偏航运动,使飞机向右转,便可踩动右脚蹬,使方向舵向右偏转。这时垂直尾翼上产生一个向左的附加力已 f接着便产生一个使机头向右的偏航力矩,飞机便绕立轴转向右方。
飞机方向舵一般可以向左或向右偏转30度。
飞机的侧向操纵与纵向或方向操纵稍有不同,即用来操纵的副翼有两片,而转动方向是相反的。一片副翼向上,则另一片向下e例如驾驶员要使飞机向右倾侧,他就可把驾驶抨向右摆动,这时右边的副翼向上偏,左边的副翼向下偏。偏转后副翼在左右机翼上产生一对大小相同方向相反的附加力f,这对力形成一个力偶使飞机向右倾侧.如果驾驶员保持副翼的这种偏转位置,则飞机将进入横滚状态。
现代飞机的副翼向上偏转最大约负20度到负25度向下偏转最大约正10度到正15度。
飞机的操纵和稳定有着密切的联系,在要求上往往互相矛盾。很稳定的飞机,操纵往往不灵敏。操纵很灵敏的飞机则往往不很稳定。因此,必须适当地安排,使两者协调,对于不同的飞机也有不同要求。例如歼击机操纵应该很灵敏,稳定方面差一点关系不太大.相反,对于旅客机应该在稳定方面要求高一些,而操纵要求可次一些。 |
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