飞行动力学 - 第11节-纵向静稳定性及各部件贡献 之 基础点摘要

1. 气流角

• 迎角：速度方向与机身在对称面投影的夹角
• 侧滑角：速度方向与机身对称面的夹角

2. 操纵面偏角

• aileron: ${\delta }_a$
• rudder：${\delta }_r$
• elevator：${\delta }_e$
• flap：${\delta }_f$
• spoiler：${\delta }_s$

注：这里给出的主要是固定翼的操纵面角度。

3. 系数的符号

4. 纵向、横向、航向稳定性

• 纵向稳定性：轴向线运动、垂直线运动、俯仰角运动
• 横向稳定性：滚转角运动
• 航向稳定性：侧向线运动、偏航角运动

5. 纵向静稳定性

5.1 定义

5.2 准则

5.3 举例

#1 不稳定
#2 中立稳定
#3 稳定

5.4 假设

如果各个方向上面的静稳定性能够解耦，处理问题就想对来的简单。而实际情况并非如此，因此在讨论分析问题之前，基于事实和一些评估给出假设条件。

5.5 分析

整个飞机可以简单分为几部分：

1. 机身(Fuselage)
2. 机翼(Wing)
3. 平尾(Tail)

5.5.1 机身贡献

以下是基于机身常规经验公式给出（类似偶极子的模型）。

根据上述模型看，机身是静不稳定的。

5.5.2 机翼贡献

在讨论机翼的静稳定性，需要线给出压心、焦点的概念：

• 压心：压力中心气动合力方向与弦线的交点。
• 焦点：气动中心点（在空气动力学里面是一个固定的点）

注：压心随迎角增加会前移。

通常情况下下，亚音速飞机的焦点位于25%的位置，而超音速飞机的焦点位于50%的位置。

从图中可以看出，随着迎角的增加，压心越来越接近焦心。

物理力学思路：$\alpha$ 增加时，如果Lw的增加能反向抵消$\alpha$ 增加，此时，系统是稳定的。因此，重心在前的机翼构型是稳定的，反之则不稳定。

5.5.3 尾翼贡献

由于机翼升力面的影响，对后面的平尾会产生下洗气流，因此会存在一个速度矢量（下洗角）。

从设计的角度，机翼&平尾都会有一个所谓的安装角度。根据定义推导公式如下：

公式已经比较明确的可以看出尾翼是提供稳定性的。

从物理思路看，尾翼远离重心位置，远在重心之后，平尾提供的升力肯定是给与更好的稳定性。

6. 参考资料

飞行动力学-第11节-纵向静稳定性及各部件贡献

重心与纵向静稳定性