第四章 第 41 页
原 平 衡 状 态
原 平 衡 状 态
● 单摆的稳定性分析
物体受扰偏离原平衡状态后，自 动出现的、力图使物体回到原平衡状 态的、方向始终指向原平衡位臵的力 矩，称为稳定力矩。 物体受扰后的运动过程中，自动 出现的、力图使物体最终回到原平衡 状态的、方向始终与运动方向相反的 力矩，称为阻尼力矩。
●焦点与俯仰稳定力矩 只有焦点的位臵在飞机的重心之后飞机才具有俯 仰稳定性，焦点距离重心越远，俯仰稳定性越强。
稳定
不稳定
第四章 第 56 页
② 俯仰阻尼力矩的产生
●俯仰阻尼力矩主要由平尾产生
俯仰阻尼力矩 平尾附加升力
相 转 对 动 气 方 流 向
飞机转动方向
第四章 第 57 页
③ 俯仰稳定性的判别
第四章 第 20 页
③ 拉力产生的俯仰力矩
螺旋桨的拉力或 发动机的推力，其 作用线若不通过飞 机重心，也会形成 围绕重心的俯仰力 矩。
第四章 第 21 页
●获得俯仰平衡的条件：
M Z 0
第四章 第 22 页
4.1.3 飞机的方向平衡
飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩之和 为零，侧滑角不变或侧滑角为零。
第四章 第 67 页
●上反角在侧滑中所产生的方向稳定力矩 上反角使侧滑前翼迎角大，阻力大，从而产生方向稳定 力矩。
第四章 第 68 页
●后掠角在侧滑中所产生方向稳定力矩
后掠角的存在，使侧滑 前翼的相对气流有效分速 大，因而阻力更大，从而 产生方向稳定力矩。
第四章 第 69 页
●机身、背鳍和腹鳍的方向稳定力矩的产生 机身，以及背鳍和腹 鳍也可以产生方向稳定 力矩。
飞机的稳定性是指：飞机受到小扰动（包括阵风扰 动和操纵扰动）后，偏离原平衡状态，并在扰动消失 后，飞行员不给于任何操纵，飞机自动恢复原平衡状 态（包括最初响应—静稳定性问题，和最终响应—动 稳定性问题）的特性。
俯仰稳定性 方向稳定性 横侧稳定性
第四章 第 46 页
●飞机的稳定性
飞机具有稳定性
第四章 第 70 页
③ 方向阻尼力矩的产生
方向阻尼力矩主要由垂尾产生。 飞机转动的过程中，垂尾处出现附加的侧向气流 速度分量，导致垂尾出现侧力，侧力形成的力矩起 到阻碍转动的作用，称方向阻尼力矩。
阻尼力矩
转动方向 垂尾侧力
第四章 第 71 页
④ 方向稳定性与侧滑角
飞机的方向稳定性只能保持侧滑角，而不能保持飞 机的航向不变，因此也称风标稳定性。
第四章 第 35 页
② 影响方向平衡的主要因素
一边机翼变形导致两侧阻力不同、两侧发动机工 作状态不同以及螺旋桨副作用影响等。
飞行员可利用 偏转方向舵产生的 方向操纵力矩来平 衡偏转力矩以保持 方向平衡。
第四章 第 36 页
③ 影响飞机横侧平衡的因素
一边机翼变形导致两侧升力不同、油门改变和重心 移动等。 飞行员可利用 偏转副翼产生的横 侧操纵力矩来平衡 滚转力矩以保持横 侧平衡。
第四章 第 23 页
●侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一 致的飞行状态。
第四章 第 24 页
●偏转力矩主要有:
① 两翼阻力对重心产生的偏转力矩 ② 垂尾侧力对重心产生的偏转力矩 ③ 双发或多发飞机拉力产生的偏转力矩
第四章 第 25 页
●获得方向平衡的条件：
M y 0
第四章 第 26 页
第四章 第 15 页
4.1.2 飞机的俯仰平衡
飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之 和为零，迎角不变。
第四章 第 16 页
●俯仰力矩主要有:
① 机翼产生的俯仰力矩 ② 水平尾翼产生的俯仰力矩 ③ 拉力（或推力）产生的俯仰力矩
CP
CG
第四章 第 17 页
① 机翼产生的俯仰力矩
机翼产生的俯仰力矩的大小最终只取决于飞机重 心位臵、迎角和飞机构型。
飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小 扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机 自动趋向恢复原平衡状态的特性。
第四章 第 62 页
① 主要方向稳定力矩的产生
方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的。
第四章 第 63 页
●由垂尾产生的方向稳定力矩
第四章 第 64 页
●垂尾面积的影响
第四章 第 40 页
4.2.1 稳定性概念及条件
● 单摆的稳定性
下垂的单摆是稳定的，因为其受到 稳定力矩和阻尼力矩的共同作用。 一旦摆锤偏离原平衡状态，重力分 力形成的力矩力图使摆锤回到原平衡位 臵。此外，摆锤在摆动过程中还受到空 气阻力形成的力矩作用。 单摆在这两个力矩的共同作用下， 最终回到原平衡状态。
俯仰力矩系数：
mZ
MZ 1 2 V S cMAC 2
俯仰力矩系数曲线：
第四章 第 58 页
●俯仰力矩系数曲线 俯仰力矩系数曲线的斜率也称为迎角稳定度或纵向 静稳定度，它表示迎角每变化1度时俯仰力矩系数的 变化量，它的表达式为： m
m Z

Z
mz
抬头
mz α
α
低头
第四章 第 59 页
① 影响俯仰平衡的主要因素
● 加减油门
● 收放襟翼
● 收放起落架 ● 重心变化
第四章 第 30 页
●加减油门
加减油门不仅直接 影响拉力或推力力矩 的大小，还会影响到 机翼和尾翼力矩的大 小。
第四章 第 31 页
●襟翼收放
放襟翼机翼升力增大，同时升力作用点（压力中 心）后移，下俯力矩增加；另一方面，放襟翼使下 洗增大，平尾负升力增大，抬头力矩变大。
正的静稳定性
中立静稳定性
负的静稳定性
第四章 第 44 页
●静稳定性与动稳定性
正的动稳定性（稳定） 扰动运动过程中出 现阻尼力矩，最终使 物体回到原平衡状态， 称物体是动稳定的。 动稳定性研究物体受 中立动稳定性 扰运动的时间响应历 程问题。 振幅
负的动稳定性（不稳定）
第四章 第 45 页
●飞机稳定性的定义
4.1.4 飞机的横侧平衡
飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和 为零，坡度不变。
第四章 第 27 页
●滚转力矩主要有:
① 两翼升力对重心产生的滚转力矩 ② 螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩
第四章 第 28 页
●获得横侧平衡的条件：
M x 0
第四章 第 29 页
4.1.5 影响飞机平衡的主要因素
原 平 衡 状 态
原 平 衡 状 态
第四章 第 42 页
● 倒立单摆的稳定性
倒立的单摆不具备这两个力矩，因此是不稳定的。
原 平 衡 状 态
第四章 第 43 页
●静稳定性与动稳定性
受扰后出现稳定力矩，具有回到原平衡状态的趋 势，称为物体是静稳定的。静稳定性研究物体受扰 后的最初响应问题。
外力 外力 外力
第四章 第 8 页
III. 绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转
第四章 第 9 页
② 重心（Center of Gravity）
飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫 飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。
第四章 第 10 页
② 重心（Center of Gravity）
飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机 重心一起的移动和飞机各部分绕重心的转动。
一般情况 下机翼产生 下俯力矩。 但当重心后 移较多且迎 角有很大时， 则可能产生 上仰力矩。
第四章 第 18 页
② 平尾产生的俯仰力矩
在正常飞行中，水平尾翼产生负升力，故水平尾 翼力矩是上仰力矩。当迎角很大时，也可能会产生 下俯力矩。
第四章 第 19 页
② 平尾产生的俯仰力矩
水平尾翼产生的俯仰力矩取决于机翼迎角、升降舵 偏角和流向水平尾翼的气流速度。
●俯仰力矩系数曲线 当焦点在重心之后，飞机具有俯仰稳定性，这也意味 着俯仰力矩系数曲线斜率为负。
焦点
重心
mz
抬头
mz
α
α
低头
第四章 第 60 页
④ 俯仰动稳定性
俯仰动稳定性分为长周期运动和短周期两种。
长周期 运动
位移量 短周期 运动
第四章 第 61 页
4.2.3 飞机的方向稳定性
●什么是方向稳定性
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●起落架收放
一方面导致飞机重心移动；另一方面，起落架附加 阻力变化会引起俯仰力矩变化。
第四章 第 33 页
●重心位臵变化
重心移动对机翼的俯仰力矩影响较大。
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●保持俯仰平衡的主要方法
飞行员可利用 偏转升降舵产生的 俯仰操纵力矩来平 衡俯仰力矩以保持 俯仰平衡。
第四章
飞机的平衡、稳定性与 操纵性
飞行原理/CAFUC
飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩 作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述 飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变 的基本原理。
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本章主要内容
4.1 飞机的平衡 4.2 飞机的稳定性
4.3 飞机的操纵性
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●平均空气动力弦（MAC） 重心的前后位臵常 用重心在MAC上的投 影到该翼弦前端的距 离，占该翼弦的百分 数来表示。
几何中心
●标准平均弦（SMC） 标准平均弦等于机翼面积与翼展的比值。
第四章 第 14 页
③ 飞机的平衡
飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两个方面。 本节只分析各力矩的平衡。 相对横轴(OZ轴)——俯仰平衡 相对横轴(OY轴)——方向平衡 相对横轴(OX轴)——横侧平衡
相对气流
垂尾面积越大， 方向稳定力矩越大。
较小侧力 （面积小） 稳定力矩