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的操纵性有密切的关系。例如,飞行员操纵杆、舵,需要用力的大小,飞机对杆、舵操纵的反应等,都与飞机的稳定性有关。因此,研究飞机的稳定性是研究飞机操纵性的基础。所谓飞机的稳定性,就是在飞行中,当飞机受微小扰动而偏离原来的平衡状态,并在扰动消失以后,不经驾驶员操纵,飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。。7:..毕业设计论文当飞机处于平衡飞行状态时,如果有一个小的外力干扰,使它的攻角变大或变小,飞机抬头或低头,绕横轴上下摇摆(也称为俯仰运动)。当外力消除后,驾驶员如果不操纵飞机,而靠飞机本身产生一个力矩,使它恢复到原来的平衡飞行状态,我们就说这架飞机是纵向稳定的。如果飞机不能靠自身恢复到原来的状态,就称为纵向不稳定的。如果它既不恢复,也不远离,总是上下摇摆,就称为纵向中立稳定的。飞机的纵向稳定性也称为俯仰稳定性。飞机的纵向稳定性由飞机重心在焦点之前来保证。影响飞机纵向稳定性的主要因素有飞机的水平尾翼和飞机的重心位置。下面,我们首先来看一下水平尾翼是如何影响飞机的纵向稳定性的。当飞机以一定的攻角作稳定的飞行时,如果一阵风从下吹向机头,使飞机机翼的攻角增大,飞机抬头。阵风消失后,由于惯性的作用,飞机仍要沿原来的方向向前冲一段路程。这时由于水平尾翼的攻角也跟着增大,从而产生了一个低头力矩。飞机在这个低头力矩作用下,使机头下沉。经过短时间的上下摇摆,飞机就可恢复到原来的飞行状态。同样,如果阵风从上吹向机头,使机头下沉,飞机攻角减小,水平尾翼的攻角也跟着减小。这时水平尾翼上产生一个抬头力矩,使飞机抬头,经过短时间的上下摇摆,也可使飞机恢复到原来的飞行状态。除水平尾翼外,飞机的重心位置对纵向稳定性也有较大的影响。重心靠后的飞机,其纵向稳定性要比重心靠前的差。其原因是:重心与焦点距离小攻角改变时产生的附加力矩减小。对于重心靠后的飞机,当飞机受扰动而增大攻角时,机翼产生的附加升力是使机头上仰,攻角进一步增大,形成不稳定力矩。这时主要靠水平尾翼的附加升力,使机头下俯,攻角减小,保证飞机的纵向稳定性。飞机的方向稳定性是指飞机绕立轴的稳定性。飞机的方向稳定力矩是在侧滑中产生的。所谓侧滑是指飞机的对称面与相对气流方向不一致的飞行。它是一种既向前、又向侧方的运动。飞机带有侧滑时,空气则从飞机侧方吹来。这时,相对气流方向与飞机对称面之间的夹角称为“侧滑角”,也称“偏航角”。对飞机方向稳定性影响最大的是垂直尾翼。另外,飞机机身的侧面迎风面积也起相当大的作用。其它如机翼的后掠角、发动机短舱等也有一定的影响。当飞机稳定飞行时,不存在偏航角,处于平衡状态。如果有一阵风突然吹来,使机头向右偏(此时,相对气流从左前方吹来,称为左侧滑),便有了偏航角。阵风消除后,由于惯性作用,飞机仍然保持原来的方向,向前冲一段路程。这时相对风吹到偏斜的垂直尾翼上,产生了一个向右的附加力。这个力便绕飞机重心产8:..毕业设计论文生了一个向左的恢复力矩,使机头向左偏转。经过一阵短时间的摇摆,消除掉偏航角,飞机恢复到原来的平衡飞行状态。同样,当飞机出现右侧滑时,就形成使飞机向右偏转的方向稳定力矩。可见,只要有侧滑,飞机就会产生方向稳定力矩。而方向稳定力矩总是要使飞机消除偏航角。飞机的侧向稳定性是指飞机绕纵轴的稳定性。处于稳定飞行状态下的飞机,如果有一个小的外力干扰,使机翼一边高一边低,飞机绕纵轴发生倾侧。当外力取消后,飞机靠本身产生一个恢复力矩,自动恢复到原来飞行状态,而不靠驾驶员的帮助,这架飞机就是侧向稳定的,否则就是侧向不稳定。保证飞机侧向稳定性的因素主要有机翼的上反角和后掠角。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,飞机绕纵轴发生倾侧。这时飞机的升力Y也随着倾侧。而升力原来是同飞机重力G同处于一根直线上而且彼此相等的。Y倾侧后与重力G构成一个合力R,使飞机沿着合力的方向向右下方滑过去,这种飞行动作就是“侧滑”(如图1所示)。飞机侧滑后,相对气流从与侧滑相反的方向吹来。吹到机翼上以后,由于机翼上反角的作用,相对风速与下沉的那只机翼(这里是右翼)之间所形成的攻角,要大于上扬的那只机翼的攻角α。因此,前者上产生的升力Y也大于后者121的升力Y。这两个升力之差,对飞机重心产生了一个恢复力矩M,经过短瞬时2间的左右倾侧摇摆,就会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。负上反角就是下反角。现在再来看机翼的后掠角是怎样起侧向稳定作用的。如图2(a)所示,一架后掠角机翼(无上反角)的飞机原来处于稳定飞行状态。当阵风从下向上吹到左机翼上的时候,破坏了稳定飞行,飞机左机翼上扬,右机翼下沉,机翼侧倾,升力Y也随着侧倾而与飞机重力G构成合力R。飞机便沿着R所指的方向发生侧滑。9:..毕业设计论文v—阵风速度;v—侧滑速度;v—由侧滑引起的相对风速;123M—恢复力矩;O—飞机重心;—上反角机翼上反角对飞机侧向稳定性的影响阵风消除后,飞机沿侧滑方向飞行(如图2(b))。这时沿侧滑方向吹来的,对气流,吹到两边机翼上。由于后掠角而产生不同的效果。作用到两边机翼上的相对风速v虽然相同,但由于后掠角的存在,作用到前面的机翼(这里是右翼)的垂直分速v,大于作用到落后的那只机翼上的垂直分速v。而这两个分速是产生13升力的有效速度。另外两个平行于机翼前缘的分速v和v对于产生升力不起什24么作用,可不加考虑。既然v1大于v,所以下沉的那只机翼上的升力Y1要大于上扬的机翼上的3升力Y2。二者之差构成恢复力矩M。它正好使机翼向原来的位置转过去。这样经过短瞬时间的摇摆,飞机最后便恢复到原来的稳定飞行状态。机翼的后掠角越大,恢复力矩也越大,侧向稳定的作用也就越强。如果后掠角太大,就可能导致侧向过分稳定。因而采用下反角就成为必要的了。保证飞机的侧向稳定作用,除了机翼上反角和后掠角两项重要因素外,还有机翼和机身的相对位置。上单翼起侧向稳定作用,而下单翼则起侧向不稳定的作用。此外,飞机的展弦比和垂直尾翼对侧向稳定性也有一定的影响。飞机的侧向稳定性和方向稳定性,是紧密联系并互为影响的。二者合起来称为飞机的“横侧稳定”。二者必须适当地配合,过分稳定和过分不稳定都对飞行不利。同时二者配合得不好,如果方向稳定性远远地超过侧向稳定性,或者相反,都会使得横侧稳定性不好,甚至使飞机陷入不利的飞行状态。图2-a10:..毕业设计论文11:..毕业设计论文图2-b机翼后掠角对飞机侧向稳定性的影响v—阵风;v—侧滑速度;v—相对风速;M—恢复力矩abc飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵的情况下,改变其飞行姿态的特性。飞机在空中的操纵是通过三个操纵面——升降舵、方向舵和副翼来进行的。转动这三个操纵面,在气流的作用下,就会对飞机产生操纵力矩,使其绕横轴、立轴和纵轴转动,从而改变飞机的飞行姿态。。它是通过向前或向后推拉驾驶杆,使升降舵向下或向上偏转,来实现飞机纵向操纵的目的。现代飞机升降舵的偏转角度大约在正15度到负30度之间(升降舵向下偏转时的角度规定为正值)。大型运输机的偏转角要小些。一般在正15度到负20度之间。。驾驶员通过操纵脚蹬来进行飞机的方向操纵。驾驶员踩左脚蹬,方向舵向左偏转,飞机便向左方转过去;驾驶员踩右脚蹬,方向舵向右偏转,飞机便右转。要使飞机向左转,他只须踩动左脚蹬就行了。飞机方向舵一般可以向左或向右偏转30度。。驾驶员通过向左或向右操纵驾驶杆(盘)来进行飞机的侧向操纵。飞机的侧向操纵与纵向或方向操纵有一点不同,即副翼有两片,并且转动方向是相反的。一片副翼向上偏转;另一片副翼则向下偏转。由此产生的附加力,对飞机重心O产生一个滚转力矩M,便可使飞机绕纵轴倾侧。当飞机处于平衡飞行状态时,作用在飞机上的外力和外力矩都是互相平衡的。如果驾驶员要使飞机向左倾侧,他可把驾驶杆向左摆动(如图3所示),这时右边的副翼向下偏转(如图3)所示),左边的副翼向上偏转(如图3所示)12:..毕业设计论文的右副翼与相对气流之间的夹角(攻角)增大,所以右机翼上的升力Y也增大;11而向上偏转的左副翼与相对气流之间的夹角(攻角)α减小,所以左机翼上的升2力Y也减小。于是,升力Y和Y之差,对飞机重心构成了一个滚转力矩,使212飞机向左倾侧。如果驾驶员向左摆动驾驶杆,就会产生相反的结果,使飞机向右倾侧。现代飞机的副翼向上偏转约为20度到25度(规定为负值),向下偏转约为10度到15度(规定为正值)。图3飞机的侧向操纵—驾驶杆;2—右副翼;3—左副翼;综上所述,在空气动力作用的原理方面,飞机各个方向的操纵基本是相同的,都是改变舵面上的空气动力,产生附加力矩,从而达到改变飞机飞行状态的目的。13:..毕业设计论文飞机的侧向操纵和方向操纵,是有密切联系的。要使飞机转弯,不但要操纵方向舵,改变飞机的方向;还要操纵副翼使飞机向转弯的一侧倾斜,二者密切配合,才能把转弯的动作做好。影响飞机稳定性的因素主要有以下几点:1)飞机重心位置前、后变动对飞机稳定性的影响2)速度变化对飞机稳定性的影响3)高度变化对飞机稳定性的影响4)大迎角飞行对飞机稳定性的影响5)飞行员松开杆舵对飞机稳定性的影响6)操纵系统中的配重,:1)飞机的转动惯量对飞机操纵性的影响2)飞机重心位置移动对飞机操纵性的影响3)飞行高度的变化对飞机操纵性的影响4)飞行速度对飞机反映快慢的影响5)迎角对横向操纵性的影响3飞行操纵装置航空器飞行操纵装置使得驾驶员能够调整和控制航空器的飞行姿态。有效飞行操纵装置的产生是航空器发展过程中至关重要的一步。早期的固定翼航空器设计工作,在如何使航空器能够产生足够升力离开地面方面获得了很大的成功,但是一旦离开地面,航空器就变成不可操纵的了,经常造成灾难性后果。有效飞行操纵装置产生的目的就是让航空器能够进行稳定的飞行。飞机的操纵就是飞机上用来传递操纵指令,驱动舵面运动的所有部件和装置的综合,驾驶员通过操纵飞机的各个舵面和调整片实现飞机姿态的转变,以完成对飞机的飞行状态、气动外形的的控制。现在普遍应用的操纵系统有以下几类:主操纵系统、简单的机械操纵系统、不可逆助力操纵系统、电传操纵系统。、本文描述了常规固定翼航空器中所使用的操纵装置。其他构型的固定翼航空器可能使用了不同的操纵面,但基本原理仍然相同。而旋翼类航空器(直升机和自转旋翼机)的操纵装置则与固定翼航空器完全不同。14:..毕业设计论文15:..(4)飞机的操纵和运动图(5)从运动学上来讲,航空器的运动可以分解为三维空间内质点的平动和航空器以自身质心为中心的转动。航空器姿态实际上就是指在不考虑与位置变化有关的平动情况下,航空器在以质心为原点的三维直角坐标系中的转动情况。换句话说,就是航空器绕通过其质心并相互垂直的三个轴的自由旋转情况。为了能够控制航空器姿态,驾驶员应能操纵航空器在这些轴上的旋转运动。上述与航空器旋转运动有关的三个轴分别被称为纵轴、横轴和垂直轴,其具体概念如下:垂向——垂直轴自上而下穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“偏航”。偏航改变航空器机头在机身平面上的指向,即向左还是向右。在固定翼航空器上,主要的偏航操纵一般是由方向舵来实现的。副翼对偏航也有副作用。横向——纵轴从前至后穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“滚转”或16:..毕业设计论文“压坡度”。滚转改变航空器机身平面相对于重力方向的角度。驾驶员可通过增加一侧机翼升力并减少另一侧升力来改变坡度。升力的差异导致航空器绕纵轴的滚转运动。副翼是主要的滚转操纵装置。方向舵对滚转也有副作用。大型飞机上,有时也采用打开单侧扰流板的方法加速滚转。纵向——横轴从左右两侧穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“俯仰”。俯仰改变航空器机头在垂直面上的指向,即向上还是向下。升降舵是主要的俯仰操纵装置。特别强调的一点是,这三个虚拟的轴是随航空器一起运动的,而不是相对于地面静止的。当航空器运动时,这些轴相对于地面不但位置上会发生改变,方向也会发生改变,但相对于航空器机身却是没有变化的。例如,当一个航空器左侧机翼垂直指向地面时,此时航空器的垂直轴与地面平行,而横轴则垂直于地面(不考虑机翼反角)。主操纵面通过铰链或滑轨连接在机身上,所以它们可以移动并使流过的气流发生偏移。这种气流方向变化产生的不平衡力使得航空器绕有关轴线旋转。副翼安装在每个机翼靠近翼尖的位置,两侧的运动方向相反。当驾驶员向左移动驾驶杆或逆时针转动驾驶盘时,左侧副翼会向上运动,而右侧副翼则向下运动。向上的副翼减小所在机翼的升力,而向下的是增加升力,这样驾驶杆向左移动导致左侧机翼下降而右侧机翼上扬。因此使航空器产生向左的坡度,并开始向左侧转弯。将驾驶杆移动到中立位置,副翼也回到中立位置,这时航空器会保持坡度,并继续转弯,直到施加相反的副翼操纵使坡度为零改为直飞。升降舵——分别安装在机身尾部两侧水平安定面的后缘上。它们一同向上和向下移动。当驾驶员向后拉驾驶杆时,升降舵向上运动。前推驾驶杆时,升降舵向下运动。上扬的升降舵给机尾一个向下的力,而导致机头向上俯仰。这使机翼的气动迎角增加,产生更大的升力和阻力。驾驶杆回到中立位置后,升降舵也回到中立位置,飞机的俯仰变化停止。许多航空器使用全动平尾(一个可活动的水平安定面)来取代升降舵。方向舵——安装在机身尾部垂直安定面的后缘上。当驾驶员蹬左脚踏板时,方向舵向左偏移。蹬右脚踏板导致方向舵向右偏移。向右偏移的方向舵会在机身尾部产生向左的力,导致机头向右偏航。方向舵脚踏板回中立位置后,方向舵也回到中立位置,飞机停止偏航。机翼上的操纵面与附属装置(如图6)17:..毕业设计论文①.翼尖小翼②.低速副翼③.高速副翼④.襟翼滑轨整流罩⑤.前缘襟翼——克鲁格襟翼⑥.前缘缝翼⑦.内侧襟翼⑧.外侧襟翼⑨.扰流板⑩.扰流板——减速板注1:以上仅为示意图,在具体机型上,各位置上部件因设计理念的不同,其实际构型、功能和名称也有可能不同。注2:图中⑦和⑧所反映的是襟翼的三个不同工作位置,而非三层襟翼。副翼副翼主要是用于控制坡度。机翼的气动特性决定了:只要升力增加,诱导阻力也会增加。当向左移动驾驶杆使航空器向左压坡度时,右侧副翼是向下的,使右侧机翼的升力增加,因此右侧机翼的诱导阻力也增加。其结果导致航空器向右偏航,与副