航空基礎知識系列之五

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航空基礎知識系列之五：飛機的平衡

飛機的平衡飛機的平衡，是指作用於飛機的各力之和為零，各力對重心所構成的各力矩之和也為零.飛機處於平衡狀態時，飛行速度的大小和方向都保持不變，也不繞重心轉動.反之，飛機處於不平衡狀態時，飛行速度的大小和方向將發生變化，並繞重心轉動.

飛機能否自動保持平衡狀態，是安定性的問題；如何改變其原有的平衡狀態，則是操縱性的問題.所以，研究飛機的平衡，是分析飛機安定性和操縱性的基礎. 飛機的平衡包括"作用力平衡"和"力矩平衡兩個方面.

飛行中，飛機重心移動速度的變化，直接和作用於飛機的各力是否平衡騰；飛機繞重心轉動的角速度的變化，則直接和作用於飛機的各力矩是否平衡有關. 為研究問題方便，一般相對於飛機的三個軸來研究飛機力矩的平衡: 相對橫軸——俯仰平衡; 相對立軸——方向平衡; 相對縱軸——橫側平衡.

下面分別從這三方面著手，來闡明飛機力矩平衡的客觀原理，影響力矩平衡的因素以及保持平衡的方法. 一，飛機的俯仰平衡飛機的俯仰平衡，是指作用於飛機的各俯仰力矩之和為零，飛機取得俯仰平衡後，不繞橫軸轉動，迎角保持不變. (一)飛機俯仰平衡的取得作用於飛機的俯仰力矩很多，主要有：

機翼力矩，水平尾翼力矩及拉力力矩. 機翼力矩就是機翼公升力對飛機重心所構成的俯仰力矩.對同一架飛機，當其在一定高度上，以一定的速度飛行時，機翼力矩的大小只取決於公升力係數和壓力中心至重心的距離.

而公升力係數的大小和壓力中心的位置又都是隨機翼迎角的改變而變化的.所以，機翼力矩的大小，最終只取決於飛機重心位置的前後和迎角的大小.一般情況，機翼力矩是下俯力矩.

當重心後移較多而迎角又很大時，壓力中心可能移至重心之前，機翼力矩變成上仰力矩. 水平尾翼力矩是水平尾翼公升力對飛機重心所形成的俯仰力矩. 水平尾翼公升力係數主要取決於水平尾翼迎角和公升降舵偏轉角.

水平尾翼迎角又取決於機翼迎角，氣流流過機翼後的下洗角以及水平尾翼的安裝角.公升降舵上偏或下偏，能改變水平尾翼的切面形狀，從而引起水平尾翼公升力係數的變化.流向水平尾翼的氣流速度.

由於機身機翼的阻滯，螺旋槳滑流等影響，流向水平尾翼的氣流速度往往與飛機

的飛行速度是不相同的，可能大也可能小，這與機型和飛行狀態有關.水平尾翼公升力著力點到飛機重心的距離.迎角改變，水平尾翼公升力著力點也要改變，但其改變量同距離比較起來，卻很微小，一般可以認為不變.

由上知，對同一架飛機，在一定高

度上飛行,若平尾安裝角不變,而下洗角又取決於機翼迎角的大小. 所以,飛行中影響水平尾翼力矩變化的主要因素,是機翼迎角,公升降舵偏轉角和流向水平尾翼的氣流速度.在一般飛**況下,水平尾翼產生負公升力,故水平尾翼力矩是上仰力矩.

機翼迎角很大時,也可能會形成下俯力矩. 拉力力矩是螺旋槳的拉力或噴氣發動機的推力,其作用線若不通過飛機重心,也就會形成圍繞重心的俯仰力矩,這叫拉力或推力力矩. 對同一架飛機來說,拉力或推力所形成的俯仰力矩,其大小主要受油門位置的影響.

增大油門,拉力或推力增大,俯仰力矩增大. 飛機取得俯仰平衡,必須是作用於飛機的上仰力矩之和等於下俯力矩之和,即作用於飛機的各俯仰力矩之和為零. (二)影響俯仰平衡的因素影響俯仰平衡的因素很多,主要有:

加減油門,收放襟翼,收放起落架和重心變化.下面分別介紹之: 加減油門對俯仰平衡的影響加減油門會改變拉力或推力的大小,從而改變拉力力矩或推力力矩的大小,影響飛機的俯仰平衡.

需要指出的是,加減油門後,飛機是上仰還是下俯,不能單看拉力力矩或推力力矩對俯仰平衡的影響, 需要綜合考慮加減油門所引起的機翼,水平尾翼等力矩的變化. 收放襟翼對俯仰平衡的影響收放襟翼會引起飛機公升力和俯仰力矩的改變,從而影響俯仰平衡.比如,放下襟翼,一方面因機翼公升力和壓力中心後移,飛機的下俯力矩增大,力圖使機頭下俯.

另一方面由於通過機翼的氣流下洗角增大,水平尾翼的負迎角增大,負公升力增大,飛機上仰力矩增大,力圖使機頭上仰.放襟後,究竟是下俯力矩大還是上仰力矩大,這與襟翼的型別,放下的角度以及水平尾翼位置的高低,面積的大小等特點有關. 放下襟翼後,機頭是上仰還是下俯,因然要看上仰力矩和下俯力矩誰大誰小,而且還要看公升力最終是增還是減.

放下襟翼後,如果上仰力矩增大,迎角因之增加,公升力更為增大.此時,飛機自然轉入向上的曲線飛行而使機頭上仰.但如果放下襟翼後使下俯力矩增大,迎角因之減小,這就可能出現兩種可能情況.

一種是迎角減小得較多,公升力反而降低,飛機就轉入向下的曲線飛行而使機頭下俯.一種是迎角減小得不多,公升力因放襟翼而仍然增大,飛機仍將轉入向上的曲線飛行而使機頭上仰. 為減輕放襟翼對飛機的上述影響,各型飛機對放襟翼時的速度和放下角度都有一定的規定.

收襟翼,公升力減小,飛機會轉入向下的曲線飛行而使機頭下俯. 收放起落架對俯仰平衡的影響收放起落架,會引起飛機重心位置的前後移動,飛機將產生附加的俯仰力矩.比如,放下起落架,如果重心前移,飛機將產生附加的下俯力矩;反之,重心後移,產生附加的上仰力矩.

.此外,起落架放下後,機輪和減震支柱上還會產生阻力,這個阻力對重心形成下俯力矩.上述力矩都將影響飛機的俯仰平衡.

收放起落架,飛機到底是上仰還下俯,就需綜合考慮上述力矩的影響. 重心位置變化對俯仰平衡的影響飛行中,人員,貨物的移動,燃料的消耗等都可能會引起飛機重心位置的前後變動.重心位置的改變勢必引起各俯仰力矩的改變,其主要是影響到機翼力矩的改變.

所以,重心前移,下俯力矩增大;反之,重心後移,上仰力矩增大. (三)保持俯仰平衡的方法如上所述,飛行中,影響飛機俯仰平衡的因素是經常存在的.為了保持飛機的俯仰平衡.

飛行員可前後移動駕駛盤偏轉公升降舵或使用調整片(調整片工作原理第四節再述)偏轉公升降舵,產生操縱力矩, 來保持力矩的平衡. 二,飛機的方向平衡飛機取得方向平衡後,不繞立軸轉動,側滑角不變或沒有側滑角. 作用於飛機的偏轉力矩,主要有兩翼阻力對重心形成的力矩;垂直尾翼側力對重心形成的力矩;雙發或多發動機的拉力對重心形成的力矩.

垂直尾翼上側力,可能因飛機的側滑,螺旋槳滑流的扭轉以及偏轉方向舵等產生. 飛機取得方向平衡,必須是作用於飛機的左偏力矩之和等於右偏力矩之和,即作用於飛機的各偏轉力矩之和為零. 下列因素將影響飛機的方向平衡:

一邊機翼變形(或兩邊機翼形狀不一致) ,左,右兩翼阻力不等; 多發動機飛機,左,右兩邊發動機工作狀態不同,或者一邊發動機停車,從而產生不對稱拉力; 螺旋槳發動機,油門改變,螺旋槳滑流引起的垂直尾翼力矩隨之改變. 飛機的方向平衡受到破壞時,最有效的克服方法就是適當地蹬舵或使用方向舵調整片,利用偏轉方向舵產生的方向操縱力矩來平衡使機頭偏轉的力矩,從而保持飛機的方向平衡.

三,飛機的橫側平衡飛機的橫側平衡,是指作用於飛機的各滾轉力矩之和為零.飛機取得橫側平衡後,不繞縱軸滾轉,坡度不變或沒有坡度. 作用於飛機的滾轉力矩,主要有兩翼公升力對重心形成的力矩;螺旋槳旋轉時的反作用力矩.

要使飛機獲得橫側平衡,必須使飛機的左滾力矩之和等於右滾力矩之和,即作用於飛機的各滾轉力矩之和為零. 下列因素將影響飛機的橫側平衡: 一邊機翼變(或兩邊機翼形狀不一致) ,兩翼公升力不等; 螺旋槳發動機,油門改變,螺旋槳反作用力矩隨之改變; 重心左右移動(如兩翼的油箱,耗油量不均) ,兩翼公升力作用點至重心的力臂改變,形成附加滾轉力矩.

飛機的橫側平衡受到破壞時,飛行員保持平衡最有效的方法就是適當轉動駕駛盤或作用副翼調整片, 利用偏轉副翼產生的橫側操縱力矩來平衡使飛機滾轉的力矩,以保持飛機的橫側平衡. 飛機的方向平衡和橫側平

衡是相互聯絡,相互領帶的,方向平衡受到破壞,如不修正就會引起橫側平衡的破壞.反之,如果失去橫側平衡,方向平衡也就保持不住.飛機的方向平衡和橫側平衡合起來叫飛機的側向平衡.1

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