曝光臺(tái) 注意防騙
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由此可知,欲使處于平衡狀態(tài)的物體具有穩(wěn)定性,其必要條件是物體在受到擾動(dòng)后能夠產(chǎn)生穩(wěn)定力矩,使物體具有自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的趨勢(shì);其次是在恢復(fù)過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生阻尼力矩,保證物體最終恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)。
對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō),其穩(wěn)定與否,和上述圓球的情況在實(shí)質(zhì)上是類(lèi)似的。如果在飛行中,飛機(jī)由于外界瞬時(shí)微小擾動(dòng)而偏離了平衡狀態(tài),這時(shí)若在飛機(jī)上能夠產(chǎn)生穩(wěn)定力矩,使飛機(jī)具有自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的趨勢(shì),同時(shí)在飛機(jī)擺動(dòng)過(guò)程中,又能產(chǎn)生阻尼力矩,那么飛機(jī)就能像圖 " "( ()所示的圓球一樣,無(wú)須駕駛員的干預(yù)就能自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài),因而是穩(wěn)定的,或者說(shuō)飛機(jī)具有穩(wěn)定性;反之,若飛機(jī)偏離平衡狀態(tài)后產(chǎn)生的是不穩(wěn)定力矩,那么飛機(jī)就會(huì)像 " "( %)所示的圓球一樣越來(lái)越偏離原來(lái)的平衡位置,因而是不穩(wěn)定的,也就是沒(méi)有穩(wěn)定性;顯然,為了保證飛行安全和便于操縱,飛機(jī)應(yīng)當(dāng)具有良好的穩(wěn)定性。
通常將穩(wěn)定性分成靜穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性。如果飛機(jī)在外界瞬時(shí)擾動(dòng)的作用下偏離平衡狀態(tài),在最初瞬間所產(chǎn)生的是恢復(fù)力矩,使飛機(jī)具有自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的趨勢(shì),則稱(chēng)飛機(jī)具有靜穩(wěn)定性;反之,若產(chǎn)生的是不穩(wěn)定力矩,飛機(jī)便沒(méi)有自動(dòng)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的趨勢(shì),故稱(chēng)為沒(méi)有靜穩(wěn)定性。顯然,靜穩(wěn)定性只表明飛機(jī)在外界擾動(dòng)作用后的最初瞬間有無(wú)自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的趨勢(shì),并不能說(shuō)明飛機(jī)整個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程,即能否最終恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。研究飛機(jī)在外界瞬時(shí)擾動(dòng)作用下,整個(gè)擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的問(wèn)題,稱(chēng)為飛機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性。
飛機(jī)的靜穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性之間有著非常密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),只要恰當(dāng)?shù)剡x擇靜穩(wěn)定性的大小,就能保證獲得良好的動(dòng)穩(wěn)定特性。限于本課程性質(zhì),下面主要介紹飛機(jī)的靜穩(wěn)定性問(wèn)題。
在研究平衡問(wèn)題時(shí),曾經(jīng)把飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)分成縱向運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)。同樣,飛機(jī)的靜穩(wěn)定性也可分為縱向靜穩(wěn)定性和側(cè)向靜穩(wěn)定性。下面先討論飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性 •*)•
問(wèn)題,然后再分析側(cè)向靜穩(wěn)定性。
二、飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定性
飛行中,當(dāng)飛機(jī)受到微小擾動(dòng)而偏離其縱向平衡狀態(tài),并在擾動(dòng)去除瞬間,飛機(jī)不經(jīng)駕駛員操縱就具有自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的趨勢(shì),則稱(chēng)飛機(jī)具有縱向靜穩(wěn)定性。
飛機(jī)是否有靜穩(wěn)定性,主要取決于飛機(jī)本身的特性,取決于飛機(jī)平衡狀態(tài)破壞后,飛機(jī)上產(chǎn)生的起穩(wěn)定作用的力矩與起不穩(wěn)定作用的力矩相互作用的結(jié)果。如果前者大于后者,飛機(jī)是靜穩(wěn)定的,反之,便是靜不穩(wěn)定的。因此要分析飛機(jī)縱向靜穩(wěn)定性,就必須分析飛機(jī)各個(gè)部件由于擾動(dòng)而使迎角改變后所引起的俯仰力矩變化。
當(dāng)迎角改變時(shí),機(jī)翼升力亦改變,但理論和實(shí)驗(yàn)都指出,盡管升力大小隨迎角變化,而升力增量的作用點(diǎn)卻始終保持不變,這個(gè)升力增量的作用點(diǎn),即為機(jī)翼的焦點(diǎn)。對(duì)目前常用的翼型來(lái)說(shuō),亞音速時(shí)焦點(diǎn)位于離翼型前緣大約( ")弦長(zhǎng)的地方,而在超音速時(shí)則增加到(%& "&)。
同樣,當(dāng)迎角改變時(shí),機(jī)身、尾翼等所引起的升力增量亦作用在機(jī)身和尾翼的焦點(diǎn)上,如圖 ’ ( (所示。從該圖可看出,由于機(jī)翼、機(jī)身的焦點(diǎn)都在飛機(jī)重心的前面,因而升力增量對(duì)重心形成一個(gè)使機(jī)頭更加上仰的不穩(wěn)定力矩,但水平尾冀焦點(diǎn)遠(yuǎn)在重心之后,因此尾翼上的升力增量對(duì)重心形成的是使機(jī)頭下俯的穩(wěn)定力矩,若后者大于前者,飛機(jī)是靜穩(wěn)定的,反之,則是靜不穩(wěn)定的。從這里看出,水平尾翼的重要作用之一在于保證飛機(jī)具有縱向靜穩(wěn)定性。
圖 ’ ( ()飛機(jī)各部分的附加升力
上面談到,當(dāng)迎角變化時(shí),飛機(jī)各個(gè)部件的升力都要改變。飛機(jī)各個(gè)部件升力增量的合力的作用點(diǎn),稱(chēng)為飛機(jī)的焦點(diǎn),換句話說(shuō),飛機(jī)焦點(diǎn)就是迎角變化而引起的整個(gè)飛機(jī)升力增量的作用點(diǎn)。機(jī)翼、機(jī)身、尾翼的焦點(diǎn)都不隨迎角改變,飛機(jī)的焦點(diǎn)也不隨迎角而改變。
飛機(jī)重心和飛機(jī)焦點(diǎn)之間的相互位置,決定了飛機(jī)是否具有縱向靜穩(wěn)定性。若飛機(jī)重心位于焦點(diǎn)之前,如圖 ’ ( (*( +)所示,則在飛機(jī)受到外界擾動(dòng)后,例如迎角 •-,•
增加了 ",那么在飛機(jī)的焦點(diǎn)上,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的升力增量 飛機(jī),它對(duì)飛機(jī)重心形成使機(jī)頭下俯的靜穩(wěn)定力矩,使飛機(jī)具有逐漸消除 "而自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡迎角的趨勢(shì),即飛機(jī)是靜穩(wěn)定的。反之,若飛機(jī)重心位于其焦點(diǎn)之后,如圖愛(ài) " %
(&)所示,升力增量對(duì)重心所形成的是不穩(wěn)定的上仰力矩,使飛機(jī)迎角越來(lái)越大而沒(méi)有自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)平衡迎角的趨勢(shì),因此飛機(jī)是靜不穩(wěn)定的。由此可以得出一個(gè)重要結(jié)論:飛機(jī)的重心若位于飛機(jī)焦點(diǎn)之前,飛機(jī)具有縱向靜穩(wěn)定性,飛機(jī)重心位于焦點(diǎn)之后,則飛機(jī)便失去縱向靜穩(wěn)定性。
圖 " %’重飛位置與靜穩(wěn)定性的關(guān)系
低速飛行時(shí),飛機(jī)的焦點(diǎn)是固定不變的,而飛機(jī)的重心位置卻因燃料的消耗、裝載的改變以及投彈等而發(fā)生移動(dòng)。如果飛機(jī)重心原來(lái)位于飛機(jī)焦點(diǎn)之前,飛機(jī)是靜穩(wěn)定的。但由于上述原因,飛機(jī)重心逐漸向后移動(dòng),靜穩(wěn)定性逐漸降低。當(dāng)重心后移到飛機(jī)焦點(diǎn)之后時(shí),就產(chǎn)生了質(zhì)的變化,原來(lái)靜穩(wěn)定的飛機(jī)轉(zhuǎn)化為失去靜穩(wěn)定性的飛機(jī)。這也是為什么對(duì)飛機(jī)重心變化范圍要有嚴(yán)格限制的原因。
三、飛機(jī)的航向靜穩(wěn)定性
在飛行中,飛機(jī)受微小擾動(dòng)而使航向平衡狀態(tài)遭到破壞,并在擾動(dòng)消失瞬間,飛機(jī)能不經(jīng)駕駛員操縱就有自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)航向平衡狀態(tài)的趨勢(shì),則稱(chēng)飛機(jī)具有航向靜穩(wěn)定性。
飛機(jī)的航向靜穩(wěn)定性主要由垂直尾翼來(lái)保證。例如飛機(jī)原來(lái)處于航向平衡狀態(tài),由于外界擾動(dòng)而使飛機(jī)偏離了原來(lái)的航向,產(chǎn)生了側(cè)滑角 ,如圖 " (所示。這時(shí)在垂直尾翼上便產(chǎn)生了側(cè)向力 ),該力對(duì)飛機(jī)重心形成消除側(cè)滑角 的航向靜穩(wěn)定力矩,迫使飛機(jī)有自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái) *+的航向平衡狀態(tài)的趨勢(shì)。也有人把它叫做“風(fēng)標(biāo)”靜穩(wěn)定性的。
四、飛機(jī)的橫向靜穩(wěn)定性
在飛行中,飛機(jī)受微小擾動(dòng)而使橫向平衡狀態(tài)遭到破壞,并在擾動(dòng)消失瞬間,飛機(jī)不經(jīng)駕駛員操縱就。具有自動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)橫向平衡狀態(tài)的趨勢(shì),則稱(chēng)飛機(jī)具有 •,+•
圖 " "%垂直尾翼與航向穩(wěn)定
—垂直尾翼 %&—陣風(fēng) %’—附加力 % (—恢復(fù)力矩
)—飛機(jī)重心 %*—飛行速度
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