§4.3飞机纵向稳定性
飞机的机动性、稳定性、操纵性
飞机的操纵性
一、飞机的纵向（俯仰）操纵
飞机的纵向（俯仰）操纵是指飞行员前后推拉 驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎 角等飞行状态。 横轴
下俯
全动式高低平尾升降舵
平尾大致分为普通平尾和全动平尾两大类： 1.普通平尾：升降舵可偏转，安定面不可偏转； 2.全动平尾：整个水平尾翼均可偏转。
2.机翼后掠角： 飞机受干扰右倾斜 → 升力随其倾斜 → 而后 掠角→流过右翼的垂直分速大于左翼→V右＞V左 → Y右＞ Y左 → 产生向左的反力矩 → 恢复横向
稳定。 （见图2—46）
3.垂 直 尾 翼：
飞机受干扰右倾斜 →垂尾右侧受空气动力 →产生左滚力矩→恢复横向稳定。 （见图2—47）
§2-8
平衡，而在扰动消失后又自 动恢复原平衡状态的特性。
附加升力对重心形成力矩
1.△Y： 迎角变化时，机 翼、平尾上附加 升力的和。 2.△M： △Y对飞机的重 心形成稳定与不 稳定力矩。
△Y
飞机纵向静稳定性的条件：焦点在重心之后
只有焦点的位置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。
低平尾升降舵
全动式平尾 高平尾升降舵
二、飞机的横侧操纵
飞机的横侧操纵是指飞行员左右压驾驶盘操纵副翼 以后，飞机绕纵轴横滚的飞行状态。
三 、 飞机的方向操纵
飞机的方向操纵是指飞行员前后蹬脚蹬操纵方向舵 以后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的 特性。
§2-6、7、8作业
1.什么是飞机的盘旋、筋斗和横滚？ 2. 飞机的稳定性包括哪三方面？ 3.飞机的纵向稳定中，为什么焦点要在重心之后？ 4.什么是侧滑？飞机是如何恢复方向平衡的？ 5.飞机通过什么装置恢复其横侧平衡？ 6.飞行员如何操纵飞机的俯仰、方向、横侧平衡？
第四章飞机的稳定性和操纵性空气动力学
全机焦点如果在重心之后，升力增量对重 心产生低头力矩，飞机低头运动趋势，升 力增量产生的是恢复力矩，飞机具有纵向 静稳定性 ；
全机焦点如果在重心之前，升力增量对重 心产生抬头力矩，飞机更加偏离原飞行姿 态，升力增量产生的是偏离力矩，飞机具 有纵向静不稳定性 ；
飞机的操纵性分类
纵向操纵性：飞机按照驾驶员的操纵指令， 绕横轴转动，增大或减少迎角，改变原飞 行姿态的能力。
侧向操纵性：飞机按照驾驶员的操纵指令， 绕纵轴滚转，改变原飞行姿态的能力。
方向操纵性：飞机按照驾驶员的操纵指令， 绕立轴转动，向左或向右偏转，改变原飞 行姿态的能力。
飞机的纵向静稳定性
作用于飞机上的力矩
飞机纵向扰动运动过程中作用在飞机上的力矩：
静稳定力矩：由迎角增量产生的作用在焦点上的升
力增量对飞机横轴的转动力矩，企图使飞机恢复原
有姿态。也称为恢复力矩。
俯仰阻尼力矩：飞机在恢复摆动过程中，因绕重心
摆动角速度引起的与飞机摆动角速度方向相反的附
加力矩。对飞机绕重心的摆动起阻尼作用。主要由
4.1 飞机运动参数
飞机在空间的姿态：用机体坐标 系与地面坐标系之间的方向关系 来确定，并用姿态角表示出来
机体坐标系：与机体固定，原点 位于飞机重心处，坐标轴方向按 右手定则互相垂直。x轴方向指向 机头;y轴在飞机对称平面内。
地面坐标系：与地球表面固定， 原点位于地面上的任一选定点， 坐标轴方向按右手定则互相垂直。 x轴指向地球表面上某一选定方 向;x轴和z轴在水平面内;y轴铅垂 向上。
飞机的纵向力矩：使飞机绕横轴OZt 转动的俯
仰力矩，用Mz表示。规定使飞机抬头的Mz为正值， 否则为负值。 飞机是由机翼、机身、尾翼以及动力装置等部件 组成，每个部件上的气动力及发动机推力都对飞 机产生纵向力矩。 全机纵向力矩等于机翼、机身、尾翼等部件上的 气动力及发动机推力产生的纵向力矩之和。
飞机的稳定性和操纵性
第三章飞机的稳定性和操纵性飞机的稳定性在飞行中，飞机会经常受到各种各样的扰动，如气流的波动、发动机工作不稳定、飞行员偶然触动驾驶杆等。
这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态，而在偏离以后，飞机能否自动恢复原状，这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。
飞机的稳定性是飞机本身的一种特性，与飞机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。
纵向稳定性飞机的纵向稳定性是指飞机绕横轴的稳定性。
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。
飞机的稳定性和操纵性汇总
飞机重心范围的确定
飞机的重心前限
重心前移，飞机的纵向静稳定性提高，操纵性 能变坏，纵向平衡变差。 从飞机纵向平衡和纵向操纵性能的要求对飞机 重心最靠前的位置进行了限制。 重心后移，飞机的纵向稳定性减小，飞机对操 纵的反应变灵敏。 从飞机的纵向静稳定性和操纵灵敏度的要求对 飞机重心最靠后的位置进行了限制。
荷兰滚
飞机的横侧向扰动运动 及影响稳定性的因素
飞机的侧向静稳定性和方向静稳定性大小 比例搭配，对飞机横侧向动稳定性有着重 要的影响。 影响因素
侧向静稳定性——机翼上反角和后掠角。 方向静稳定性——垂尾面积及到飞机重心的力 臂。
偏航阻尼器——用在大型高速运输机上， 防止荷兰滚
4.7 飞机的横侧向操纵性
空气动力学基础（ME、AV）
第一章 第二章 第三章 第四章 大气物理学 空气动力学 飞行理论 飞机的稳定性和操纵性
第4章 飞机的稳定性和操纵性
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
飞机运动参数 飞机稳定性和操纵性的基本概念 飞机的纵向稳定性 飞机的纵向操纵性 飞机的横侧向静稳定性 飞机的横侧向动稳定性 飞机的横侧向操纵性 飞机主操纵面上的附设装置
滚转角γ
空速向量相对机体的方位
速度轴系或风轴系OVXVYVZV XV沿飞行速度方向，气动阻力沿XV负向。YV在飞 机对称面内且与飞行速度垂直。
迎角和侧滑角
迎角α
空速向量在飞机对称面Oxtyt上的投影与机体 坐标系纵轴Oxt之间的夹角。规定投影线在Oxt 轴下方时为正。 空速向量与飞机对称面Oxtyt之间的夹角。规 定空速向量偏向右侧时为正（向右侧滑为正）。
飞机纵向运动的动稳定性
1.升降舵操纵的反应特性
②短周期运动反应：假设 Δv ≡ 0，即可得出迎角和俯 仰角速率对升降舵输入的时域反应和频域内的传递 函数。 时域响应：升降舵正偏，飞行迎角减小，俯仰角 速度减小。
0
Δq ( 0 / s)
−1
0
−2
t(s)
5
0
t(s)
5
2.对油门操纵的反应 （1）发动机油门控制的输入量 一是增（减）水平方向的力；二是产生一个 力矩。 （2）发动机推力通过重心（增大油门） 初始反应是加速运动。 飞行速度增大，飞机升力增大，升力大于 重力，飞机上升，出现上升角，飞行速度又 回到原始值（飞机具有速度稳定性）。
9.2.1 时域响应指标 9.2.3 纵向动操纵性
小结
有关时域响应指标 延迟时间 t d ：响应曲线第一次达到稳态值的一半 所需的时间。 上升时间 t r ：响应曲线从稳态值的10%上升至 90%（或从5%上升至95%，或从0上升至100%） 所需的时间。 峰值时间 t p ：响应曲线达到超调量的第一个峰 值所需的时间。
⎢Δ V ⎥ = ⎡ X V ⎢ i ⎥ ⎢ ZV Δθ ⎦ ⎣ ⎣ − g ⎤ ⎡ ΔV ⎤ ⎥ ⎢ Δθ ⎥ 0⎦ ⎣ ⎦
λ2 − XV λ + ZV g = 0 特征方程中仅出现与速度相关的气动导数。
ωn , p ξp =
g = 2 V* ⎫ ⎪ ⎪ ⎬ 1 ⎪ 2(C L / C D )* ⎪ ⎭
2 2
四次代数方程可分解为两个一元二次代数方程之积: 若原四阶微分系统稳定，则对应的每个二阶系统均 稳定。 典型二阶系统的稳定特性: 二阶系统的标准特征方程： λ 2 + 2ξωnλ + ωn2 = 0, ωn2 > 0
空气动力学期末复习题
第一章一：绪论；1.1大气的重要物理参数1、最早的飞行器是什么？——风筝2、绝对温度、摄氏温度和华氏温度之间的关系。
——95)32(⨯-T =T F C 15.273+T =T C K6、摄氏温度、华氏温度和绝对温度的单位分别是什么?——C F K 二：1.1大气的重要物理参数1、海平面温度为15C 时的大气压力为多少？——29.92inHg 、760mmHg 、1013.25hPa 。
3、下列不是影响空气粘性的因素是(A)A 、空气的流动位置B 、气流的流速C 、空气的粘性系数D 、与空气的接触面积4、假设其他条件不变，空气湿度大(B)A 、空气密度大，起飞滑跑距离长B 、空气密度小，起飞滑跑距离长C 、空气密度大，起飞滑跑距离短D 、空气密度小，起飞滑跑距离短5、对于音速．如下说法正确的是: (C)A 、只要空气密度大，音速就大B 、只要空气压力大，音速就大C 、只要空气温度高．音速就大D 、只要空气密度小．音速就大6、大气相对湿度达到（100％）时的温度称为露点温度。
三：1.2 大气层的构造；1.3 国际标准大气1、大气层由内向外依次分为哪几层？——对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。
2、对流层的高度．在地球中纬度地区约为(D)A 、8公里。
B 、16公里。
C 、10公里。
D 、11公里3、现代民航客机一般巡航的大气层是（对流层顶层和平流层底层）。
4、云、雨、雪、霜等天气现象集中出现于（对流层）。
5、国际标准大气指定的依据是什么？——国际民航组织以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值修正建立的。
6、国际标准大气规定海平面的大气参数是(B)A 、P=1013 psi T=15℃ ρ=1、225kg ／m3B 、P=1013 hPA 、T=15℃ ρ=1、225 kg ／m3C、P=1013 psi T＝25℃ρ=1、225 kg／m3D、P=1013 hPA、T＝25℃ρ=0、6601 kg／m37. 马赫数-飞机飞行速度与当地音速之比。
飞机纵向稳定性课件
防止失速
纵向稳定性好的飞机在遇 到气流扰动时能够更快地 恢复原有飞行姿态，降低 失速风险。
减轻颠簸
纵向稳定性强的飞机在遇 到气流颠簸时能够更好地 保持稳定，减轻机组和乘 客的不适感。
提高着陆安全性
纵向稳定性有助于飞机在 着陆过程中保持平稳，降 低着陆事故风险。
02 飞机纵向稳定性 原理
飞行中的平衡与稳定性
飞行测试需要专业的飞行员和测试工程师进行操作和监控，以确保测试的安全和准确性。
地面测试与模拟器测试
地面测试包括对飞机起落架、刹车系统、轮胎等部件的测试，以及在风 洞中进行的气动性能测试。
模拟器测试利用计算机模拟技术，模拟飞机的飞行状态和环境，以评估 纵向稳定性。模拟器测试具有较高的安全性和可重复性，是评估纵向稳
飞机纵向稳定性课件
目录
• 飞机纵向稳定性概述 • 飞机纵向稳定性原理 • 飞机纵向稳定性设计 • 飞机纵向稳定性控制 • 飞机纵向稳定性测试与评估 • 飞机纵向稳定性问题与改进措施
01 飞机纵向稳定性 概述
定义与重要性
定义
纵向稳定性是指飞机在受到扰动 后恢复原有飞行姿态的能力。
重要性
纵向稳定性是确保飞机安全、稳 定飞行的关键因素，有助于防止 失速、颠簸等情况发生。
重心位置对俯仰力矩的影响
重心前移会使俯仰力矩减小，重心后移则会使俯仰力矩增大。
俯仰阻尼力矩与稳定性
俯仰阻尼力矩
阻止飞机绕机体轴振动的力矩。
阻尼比
表示阻尼力矩与振幅的比值，影 响振荡衰减速度。
稳定性分析
通过分析阻尼比的正负，判断飞 机纵向振荡的稳定性。
飞机纵向振荡与稳定性
纵向振荡
飞机在飞行中出现的上下振荡现象。
探索新材料和结构优化
13级空动复习题(重点)
13级空动复习题(重点) DA、影响正常的目测B、温度低了造成机翼表面结冰C、增加阻力D、积雨云会带来雷击危害4、大气相对湿度超过临界值时，机体腐蚀会由（化学）腐蚀变为（电化学）腐蚀，腐蚀速度将变快。
第二章2.1流体运动的基本概念 2.2 流体运动的基本规律1、飞机相对气流的方向与飞机（ D ）方向相反。
A、机头B、机身C、机翼D、运动2、利用风可以得到飞机气动参数，其基本依据是(B)A、连续性假设B、相对性原理C、牛顿定理D、热力学定律3、连续性定理和伯努利定理分别是（质量守恒定律）和（能量守恒定律）在流体流动中的应用。
4、当理想流体连续流过一个收缩管道时．己知其截面积Al =3A2则其流速为(C)A、V1=9V2B、V2＝9V1C、V2=3V1D、V1=3V25、当空气在管道中低速流动时．由伯努利定理可知(B)A、流速大的地方，静压大。
B、流速大的地方，静压小。
C、流速大的地方，总压大。
D、流速大的地方，总压小。
2.3 机体几何外形和参数1、机翼的翼弦是从（机翼前缘）到（机翼后缘）的长度。
机翼的翼展是从（左翼尖）到（右翼尖）的长度2、翼型的最大厚度与弦长的比值称为(相对厚度)。
3、什么叫后掠角？沿机翼展向等百分比弦线点连线与飞机横轴的夹角。
2.4 升力1、机翼产生升力的关键在于( C )A、机翼上表面正压力B、机翼下表面正压力C、机翼上表面吸力D、机翼下表面吸力2、迎角为相对气流与（翼弦）的夹角。
3、机翼的压力中心: (B)A、迎角改变时升力增量作用线与翼弦的交点B、翼弦与机翼空气动力作用线的交点C、翼弦与最大厚度线的交点。
D、在翼弦的l／4处4、根据升力公式，飞机在高原地机场起飞比在平原机场所需跑到长度（长）。
5、飞机的升力方向垂直于：（C）A、机身方向B、翼弦方向C、来流方向D、驻点切线方向2.4 阻力1、飞机上不同部件的连接处装有整流蒙皮，它的主要作用是减小（干扰）阻力。
2、在机翼表面的附面层沿气流方向由（层流）变（紊流），厚度越来越（厚）。
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推力作用线在重心以下 推力作用线穿过重心
第五章 第 7 页
推力作用线在重心以上
3、纵向稳定力矩的产生
纵向稳定力矩主要由平尾产生
水平尾翼
正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的 安装角更小。
第五章 第 8 页
平尾可以产生俯仰稳定力矩，趋于保持飞 机的俯仰平衡。
俯仰转动
机翼迎角
平尾升力
零升迎角
负升力
C、飞机的重心和焦点必须重合 D、飞机的重心和焦点的相对位置无关
3、飞机纵向阻尼力矩的产生主要(D)
A、由后掠机翼产生的
B、由垂直尾翼产生的
C、由机身产生的
D、由水平尾翼产生的
4、飞机的纵向稳定性是指飞机绕（横）轴线的稳定性。
5、飞机的阻尼力矩方向与运动方向（相反）。
6、下列哪种变化情况肯定会增加飞机纵向静稳定性?(D)
C、飞机的重心和焦点必须重合 D、飞机的重心和焦点的相对位置无关
3、飞机纵向阻尼力矩的产生主要( )
A、由后掠机翼产生的
B、由垂直尾翼产生的
C、由机身产生的
D、由水平尾翼产生的
4、飞机的纵向稳定性是指飞机绕（ ）轴线的稳定性。
5、飞机的阻尼力矩方向与运动方向（ ）。
6、下列哪种变化情况肯定会增加飞机纵向静稳定性?( )
俯仰力矩
俯仰轴
2、飞机的纵向力矩
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
压力中心
CP
第五章 第 3 页
CG
重心
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 心位置、迎角和飞机构型。
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。
俯仰阻尼力矩
平尾附加升力
第五章 第 14 页
飞机转动方向
相 对 气 流 转 动 方 向
4.3 飞机的纵向稳定性（作业）
1、飞机机翼的焦点（气动力中心）指的是( )
A、升力的着力点
B、附加升力的着力点
C、重力的着力点
D、阻力的着力点
2、为了使飞机保持纵向稳定性( )
A、飞机的重心在焦点之前
B、飞机的重心在焦点之后
A、增加飞机重量
B、增加机翼面积
C、增加垂直尾翼面积
D、增加水平尾翼面积
第五迎角 较大正迎角
零升力 正升力
●平尾产生俯仰稳定力矩
俯仰稳 定力矩
平尾附 加升力
扰动运动消失 迎角恢复原值
第五章 第 10 页
瞬间受扰 机头上抬
4、飞机的焦点
飞机迎角改变时附加升力的着力点称为焦点。 焦点
重心
第五章 第 11 页
5、飞机纵向静稳定性的条件：焦点在重心之后
§4.3 飞机的纵向（俯仰）稳定性
一、纵向稳定性的概念
飞机的纵向稳定性，指飞行中，飞机受微小扰 动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自 动趋向恢复原平衡状态的特性。
第五章 第 1 页
二、 飞机的纵向静稳定性
1、飞机的纵向平衡
飞机的纵向平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩 之和为零，
迎角不变。
重心
第五章 第 2 页
重心
第五章 第 4 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。
第五章 第 5 页
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。
第五章 第 6 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。
只有焦点的位置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
第五章 第 12 页
三、 飞机的纵向动稳定性
●俯仰阻尼力矩的产生 在俯仰摆动中，飞机上的气动升力增量产生的附
加力矩阻止飞机转动，是俯仰阻尼力矩。
第五章 第 13 页
●俯仰阻尼力矩主要由平尾产生
水平尾翼距离飞机重心最远，气动面最大，产 生主要俯仰阻尼力矩。
A、增加飞机重量
B、增加机翼面积
C、增加垂直尾翼面积
D、增加水平尾翼面积
第五章 第 15 页
4.3 飞机的纵向稳定性（作业）
1、飞机机翼的焦点（气动力中心）指的是(B)
A、升力的着力点
B、附加升力的着力点
C、重力的着力点
D、阻力的着力点
2、为了使飞机保持纵向稳定性(A)
A、飞机的重心在焦点之前
B、飞机的重心在焦点之后