[科普中国]-飞机静操纵性

简介

飞机静操纵性研究的是飞机在平衡状态时所需施加的操纵量。表示飞机稳态时操纵变量与飞行状态变量之间的关系。

飞机的平衡

飞机在飞行时，所有作用于飞机的外力与外力矩之和都等于零的状态称之为飞机的平衡状态。等速直线运动是飞机的一种平衡状态。

按照机体坐标轴系，可以将飞机的平衡分为三个方向的平衡：纵向平衡、横向平衡和方向平衡。飞机在纵向平面内作等速直线飞行，并且不绕横轴转动（俯仰）的运动状态，称为纵向平衡；飞机作等速直线飞行，并且不绕纵轴转动（滚转）的飞行状态，称为横向平衡。飞机作等速直线飞行，并且不绕立轴转动（偏航）的飞行状态，称为方向平衡。

飞机在飞行中，其平衡状态不是一成不变的，经常会因为各种因素（如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、发动机推力改变或投掷炸弹等）的影响而遭到破坏，从而使飞机的平衡状态发生变化。此时，驾驶员可以通过偏转相应的操纵面来保持飞机的平衡，称为配平。

操纵性

飞机不仅应有自动保持其原有平衡状态的稳定性，而且，还要求具有良好的操纵性。

所谓飞机的操纵性，是指飞机对驾驶员操纵做出反应、改变其飞行状态的特性，也就是飞机按照驾驶员的意图做各种动作的能力。操纵性的好坏与飞机稳定性的大小有密切关系，稳定性太大，也就是说飞机保持原有平衡状态的能力越强，则要改变它也就越不容易，操纵起来也就越费劲。若稳定性过小，则操纵力也很小，驾驶员很难掌握操纵的份量，也是不理想的。所以要正确处理好稳定性与操纵性之间的关系。

飞机在空中飞行时的操纵，是通过三个主航面（操纵面）——升降舵（有时是全动平尾）、方向舵和副翼来实现的。驾驶员坐在驾驶舱中，通过驾驶杆和脚蹬或者自动驾驶仪等控制设备偏转这三个主操纵面，使飞机绕其纵轴、横轴和竖轴转动，从而改变飞机的飞行姿态。如果飞行员用适当的力操纵驾驶杆或脚蹬使操纵面偏转，飞机很快做出反应，按驾驶员的意图改变飞行姿态，那么，这架飞机就具有良好的操纵性。如果反应迟钝，那就是操纵性不好。

各个操纵面控制飞机的原理都是一样的，即通过操纵面的偏转改变升力面上的空气动力，增加或减少的空气动力相对于飞机重心产生一个使飞机按需要改变飞行姿态的附加力矩。

操纵示意

在飞机稳定飞行的情况下，当驾驶员想让飞机抬头爬升时，可以用手向后拉驾驶杆。驾驶杆通过传动机构使升降舵或全动平尾向上偏转，从而改变水平尾翼的弯度(向下拱起)，使之产生一个向下的附加力，相对飞机重心O产生一个使飞机抬头的力矩；在作用下飞机绕横轴Oy转动并抬头，迎角增大，导致飞机的升力系数加大，升力随之增加并大于飞机重力，飞机开始爬升，如图 (b)所示。反之，如果驾驶员想让飞机低头下降，可以用手向前推驾驶杆。驾驶杆通过传动机构使升降舵向下偏转，从而改变尾翼的弯度(向上供起)，使之产生一个向上的附加力，相对飞机重心O产生一个使飞机低头的力矩，在作用下飞机绕横轴Oy转动并低头，迎角减小导致飞机的升力系数减小，升力随之减小并小于飞机的重力，飞机开始下降，如图(c)所示。升降舵一般可上偏30度，下偏20度。1