CAAC理论知识 4:飞行原理与飞行性能

一、国际标准大气

(一)国际标准大气

国际标准大气(ISA,International Standard Atmosphere)是一组用于描述大气状态的标准参数,广泛应用于航空和气象领域。以下是国际标准大气的主要特性及其物理性质:

1. 气体的温度

  • 定义:气体的温度是衡量分子运动激烈程度的尺度。
  • 特性
    • 温度越高,气体分子的运动越剧烈,动能越大。
    • 温度的变化直接影响气体的密度和压力。

2. 气体的可压缩性

  • 定义:气体是可压缩的流体,其密度会随压力和温度的变化而改变。
  • 特性
    • 在高压下,气体体积会减小;在低压下,气体体积会增大。
    • 可压缩性使得气体在不同高度和温度条件下表现出不同的物理性质。

3. 国际标准海平面空气密度

  • 标准海平面空气密度:1.225 kg/m³。
  • 条件
    • 温度:15°C(288.15 K)。
    • 气压:1013.25 hPa(101325 Pa)。
  • 意义:作为飞行器设计和性能评估的基准条件。

总结

国际标准大气提供了一组统一的参考条件,用于描述大气的基本状态。空气的物理性质(如粘性和压缩性)对飞行器的性能和飞行安全有重要影响。了解这些性质及其与温度的关系,有助于更好地预测飞行环境和优化飞行参数。

(二)空气的物理性质

空气的物理性质主要分为粘性和压缩性,这些性质对飞行和气象学有重要影响。

1. 粘性

  • 定义:粘性是流体内部阻力的量度,描述流体分子之间的内摩擦力。
  • 特性
    • 与气温成正比:温度越高,空气的粘性越大。
    • 不与流体的流动位置有关:粘性是流体的固有属性,与流体的流动状态无关。
  • 影响
    • 粘性影响空气流动的阻力,进而影响飞行器的升力和阻力。
    • 在低速飞行中,粘性阻力是主要的阻力来源之一。

2. 压缩性

  • 定义:压缩性描述气体在压力变化下的体积变化能力。
  • 特性
    • 与温度和压力有关:温度和压力的变化会显著影响气体的压缩性。
    • 主要影响因素:空气温度是影响压缩性的主要因素之一。
  • 影响
    • 在高速飞行中,空气的压缩性会导致激波和阻力的增加。
    • 压缩性影响飞行器的气动性能,特别是在超音速和高音速飞行中。

空气温度对物理性质的影响

空气温度是影响粘性和压缩性的主要因素:

  • 粘性:温度升高,空气分子运动加剧,内摩擦力增大,粘性增加。
  • 压缩性:温度升高,气体分子运动更剧烈,气体更容易被压缩,压缩性增加。

二、无人机空气动力学基础

(一)飞机动力学名词解释

以下是一些关键的飞行动力学名词及其解释,这些概念对于理解飞机的飞行原理至关重要:

  1. 压力中心

    • 定义:升力的着力点,即机翼上空气动力作用的集中点。
    • 特性:迎角增大时,压力中心通常会向前移动。
  2. 翼弦

    • 定义:从机翼前缘到后缘的距离。
    • 作用:用于描述机翼的几何形状和计算相关参数。
  3. 翼展

    • 定义:从左翼尖到右翼尖的总长度。
    • 作用:影响飞机的升力和稳定性。
  4. 机翼安装角(攻角)

    • 定义:翼弦与机身纵轴之间所夹的锐角。
    • 作用:影响机翼的迎风姿态和升力特性。
  5. 翼弦比

    • 定义:展长(翼展)与平均几何弦长之比。
    • 作用:用于描述机翼的长宽比例,影响升力和阻力特性。
  6. 机翼的压力中心

    • 定义:翼弦与空气动力作用线的交点。
    • 作用:是升力和阻力作用的集中点,影响飞机的气动平衡。
  7. 后掠角

    • 定义:机翼1/4弦线与垂直机身中心线的直线之间的夹角。
    • 作用:影响机翼的气动特性,通常用于减少高速飞行中的阻力。
  8. 爬升角

    • 定义:飞机上升轨迹与水平线之间的夹角。
    • 作用:描述飞机的爬升性能,影响爬升效率。
  9. 俯仰角

    • 定义:飞机的横轴和水平面的夹角。
    • 作用:描述飞机的纵向姿态,影响升力和阻力的分布。
  10. 侧滑角

    • 定义:空速向量与飞机对称面的夹角。
    • 作用:描述飞机在侧向上的运动状态,影响侧向稳定性。

飞机动力学名词的应用

这些名词不仅用于描述飞机的几何和气动特性,还用于飞行控制和性能分析。例如:

  • 压力中心机翼安装角:影响飞机的升力和稳定性。
  • 后掠角:用于优化高速飞行性能,减少阻力。
  • 爬升角俯仰角:用于评估飞机的爬升和下降性能。
  • 侧滑角:用于分析飞机的侧向稳定性和操控性。

(二)动力学基础

1. 牛顿运动定律

牛顿的三大运动定律是经典力学的基础,用于描述物体的运动状态和受力关系。

  • 牛顿第一定律(惯性定律)

    • 内容:如果一个物体不受力或所受合外力为零,那么这个物体将保持静止或匀速直线运动。
    • 应用:解释了为什么飞行器在没有外力作用时会保持匀速直线飞行。
  • 牛顿第二定律(加速度定律)

    • 内容:物体的动量随时间的变化率与受力成正比,即 ( F = ma )(力等于质量乘以加速度)。
    • 应用:用于计算飞行器在受力时的加速度和运动状态变化。
  • 牛顿第三定律(作用与反作用定律)

    • 内容:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
    • 应用:解释了发动机推力和空气阻力之间的关系,以及升力和重力之间的平衡。

2. 力的平衡

在水平飞行状态下,飞行器受到四个主要力的作用,这些力互成直角,相互平衡:

  • 推力(Thrust):发动机产生的向前力,推动飞行器前进。
  • 阻力(Drag):空气对飞行器的反作用力,阻碍飞行器前进。
  • 重力(Weight):飞行器的重力,垂直向下作用。
  • 升力(Lift):机翼产生的向上力,抵消重力。

平衡条件

  • 水平方向:推力 = 阻力
  • 垂直方向:升力 = 重力

总结

  • 牛顿定律:描述了物体的运动状态和受力关系,是飞行器动力学的基础。
  • 力的平衡:飞行器在水平飞行时,推力与阻力平衡,升力与重力平衡。
  • 伯努利原理:描述了流体流动过程中流速与压力的关系,是机翼升力和喷气发动机推力的理论基础。
  • 质量守恒定律和能量守恒定律:用于分析流体的流动特性,适用于理想气体和低速流体。

(三)伯努利原理

伯努利原理描述了理想流体在流动过程中,流速和压力之间的关系。

  • 内容

    • 气体在高压区会减速,压力增大。
    • 气体在低压区会加速,压力减小。
    • 在理想的流体中,流速与压力成反比。
  • 应用

    • 机翼升力:机翼上表面的流速大于下表面,导致上表面压力低于下表面,从而产生升力。
    • 喷气发动机:利用高速气流的压力变化产生推力。

考点

1. 质量守恒定律(连续性方程)
  • 定义:质量守恒定律在流体运动中的应用,表示流体在流动过程中质量保持不变。
  • 公式:[ A_1 v_1 = A_2 v_2 ]
    • ( A ):截面积
    • ( v ):流速
  • 应用:用于计算流体在不同截面积下的流速变化。
2. 能量守恒定律(伯努利方程)
  • 定义:在理想流体中,流速增加时压力减小,反之亦然。
  • 公式:[ P + \frac{1}{2} \rho v^2 + \rho gh = \text{常数} ]
    • ( P ):压力
    • ( \rho ):密度
    • ( v ):流速
    • ( g ):重力加速度
    • ( h ):高度
  • 适用范围:仅适用于理想气体(不可压缩、无粘性)。
3. 伯努利定律的适用条件
  • 理想气体:伯努利定律仅适用于理想气体,即不可压缩、无粘性的流体。
  • 低速流体:适用于速度小于 0.3 马赫(约 367.5 km/h)的流体,此时可以忽略密度变化。

(四)翼型和机翼升力系数

1. 翼型特性

  • 非对称翼型

    • 定义:机翼上表面的弯度大于下表面的弯度。
    • 特点:非对称翼型的零升迎角是一个小的负迎角,即在迎角为负时升力为零。
    • 作用:在正迎角下产生升力,适合大多数固定翼飞机。
  • 升力系数

    • 定义:衡量机翼产生升力的能力,与翼剖面的形状、迎角(攻角)有关。
    • 公式:[ C_L = f(\text{迎角}, \text{翼型形状}) ]
    • 特点:迎角增加时,升力系数通常增加,直到达到临界迎角后突然下降(失速)。
  • 载荷因子

    • 定义:飞机承受的载荷(除升力之外)与重力的比值。
    • 作用:用于评估飞机在不同飞行状态下的结构载荷。

2. 考点

(1)动压的计算公式
  • 公式:[ P_{\text{动}} = \frac{1}{2} \rho_{\text{空气}} \times v_{\text{风速}}^2 ]

    • ( P_{\text{动}} ):动压(单位:帕斯卡,Pa)
    • ( \rho_{\text{空气}} ):空气密度(单位:kg/m³)
    • ( v_{\text{风速}} ):风速(单位:m/s)
  • 特点

    • 动压与空气速度的平方和空气密度成正比。
    • 动压是流体动力学中的一个重要参数,用于计算升力和阻力。
(2)动压与静压
  • 动压

    • 定义:作用在流体流动方向上的压力,与流体速度相关。
    • 特点:动压随速度的增加而增加,是伯努利方程中的一个关键组成部分。
  • 静压

    • 定义:作用在任意方向上的压力,与流体速度无关。
    • 特点:静压是流体在静止状态下的压力,与高度和大气条件有关。
  • 总压

    • 定义:总压是动压和静压之和。
    • 公式:[ P_{\text{总}} = P_{\text{动}} + P_{\text{静}} ]
    • 特点:总压在流体流动过程中保持守恒(理想情况下)。
(3)动压与静压的关系
  • 动压

    • 动压作用在流体的流动方向,与流体速度的平方成正比。
    • 动压是总压与静压之差:[ P_{\text{动}} = P_{\text{总}} - P_{\text{静}} ]
  • 静压

    • 静压作用在任意方向,与流体速度无关。
    • 静压随高度增加而减小,符合大气压力分布规律。
(4)定高飞行中的空速与迎角关系
  • 特点
    • 在定高飞行中,空速增加时,需要减小迎角以保持高度。
    • 空速与迎角的调整关系是通过升力公式来理解的:
      [ L = \frac{1}{2} \rho v^2 S C_L ]
      • ( L ):升力
      • ( \rho ):空气密度
      • ( v ):空速
      • ( S ):机翼面积
      • ( C_L ):升力系数(与迎角有关)
    • 为了保持升力不变,空速增加时,迎角需要减小,以维持相同的升力。

总结

  • 翼型特性:非对称翼型的上表面弯度大于下表面,零升迎角为负。
  • 升力系数:与翼型形状和迎角有关,是衡量升力能力的重要参数。
  • 载荷因子:用于评估飞机在不同飞行状态下的结构载荷。
  • 动压与静压:动压与速度的平方和空气密度成正比,静压与流体速度无关。
  • 定高飞行:空速增加时,需要减小迎角以保持高度。

(五)升力的来源

升力是飞机能够在空中飞行的关键力,其产生和特性受到多种因素的影响。以下是升力的来源及其相关特性:

1. 升力的产生

  • 机翼上下表面的压力差

    • 机翼下表面:产生正压,空气对机翼施加向上的力。
    • 机翼上表面:产生负压,空气对机翼施加向下的力。
    • 升力方向:升力的方向垂直于相对气流方向,即垂直于机翼的迎风面。
  • 驻点

    • 定义:压力最高的点,是空气与机翼前缘相遇的地方。
    • 作用:驻点的存在导致机翼上下表面的气流速度不同,从而产生压力差。
  • 升力与空气密度和空速的关系

    • 公式:[ L = \frac{1}{2} \rho v^2 S C_L ]
      • ( L ):升力
      • ( \rho ):空气密度
      • ( v ):空速
      • ( S ):机翼面积
      • ( C_L ):升力系数
    • 特性
      • 升力与空气密度成正比。
      • 升力与空速的平方成正比。
      • 升力系数 ( C_L ) 与迎角有关,迎角增加时 ( C_L ) 增大,直到达到临界迎角。

2. 迎角与升力

  • 迎角

    • 定义:飞机的翼弦与相对气流的夹角。
    • 特性
      • 当迎角为 0 时,升力不为 0,因为机翼的非对称设计会产生一定的升力。
      • 无论飞机上升或下降,迎角都大于 0。
      • 迎角增加时,升力系数 ( C_L ) 增大,直到达到临界迎角。
  • 临界迎角

    • 定义:升力系数达到最大值时的迎角。
    • 特性
      • 到达临界迎角时,升力系数最大。
      • 超过临界迎角时,升力系数迅速下降,阻力大大增加,导致失速。

3. 升力的分量

  • 飞机坡度变化
    • 当飞机坡度增大时,飞机重心的位置会发生变化。
    • 升力的垂直分量减小,水平分量增大。
    • 这种变化会影响飞机的飞行姿态和控制。

4. 阻力与速度的关系

  • 阻力与速度的关系
    • 在相同迎角的情况下,飞行速度增加一倍,阻力增加 4 倍(因为阻力与速度的平方成正比)。
    • 阻力的增加会消耗更多的能量,影响飞行效率。

考点

1. 失速的直接原因

  • 迎角过大
    • 当迎角超过临界迎角时,机翼上表面的气流分离,导致升力系数迅速下降,阻力大大增加。
    • 失速现象:飞机失去升力,无法维持飞行高度,可能出现失控或下降。

总结

  • 升力来源:机翼上下表面的压力差,主要由机翼的形状和迎角决定。
  • 升力特性:与空气密度、空速的平方成正比,方向垂直于相对气流。
  • 迎角与升力:迎角增加时升力系数增大,但超过临界迎角会导致失速。
  • 失速原因:迎角过大导致气流分离,升力急剧下降。

(六)阻力和升阻比

升阻比主要受迎角影响
飞机的升阻比越大,空气动力特性越好
高速情况下,推力大阻力大,总升力不变,还是等于重力,所以升阻比低。
低速情况下,升阻比高。
压差阻力与物体最大迎风面积成正比。
诱导阻力与飞机机翼的翼弦成反比。

翼型阻力:
形状阻力或压差阻力是气流经过,物体周围压力分布不同而造成的阻力,而蒙皮摩擦阻力或粘性阻力是由于空气和飞行器表面接触产生的。

干扰阻力:
合理布局飞机,可以减少干扰阻力。
干扰阻力是飞机各部件之间由于气流相互干扰而产生的一种额外阻力。
整流包皮也可以减少干扰阻力。

涡阻力:
涡阻力等于其他阻力和的时候,阻力达到最小值。

(七)失速

当飞机出现失速后,迎角会到达零升迎角。飞行员立即推杆到底,使飞机上升。
每次失速的直接原因是迎角过大。
在三种情况下会超过临界迎角:低速飞行、低速飞行和转弯飞行。
飞机水平转弯,坡度增大,失速速度增大。

(八)展弦比

是翼展长度与平均启动弦长的比值、

(九)地面效应

  1. 飞机在地面效应区时,气动力变化升力增加、阻力减少
  2. 飞机着陆进入地面效应区将经历诱导阻力减小,需要减小动力
  3. 飞机离地面高度低于一个翼展时,地面效应开始体现。

三、机动飞行中的空气动力

在机动飞行中,飞机的空气动力特性会发生显著变化,特别是在转弯、爬升和下降等复杂飞行状态下。以下是机动飞行中空气动力的关键点及其影响:

(一)转弯中的空气动力

1. 偏转副翼的影响

  • 仅偏转副翼使飞机转弯
    • 两翼阻力差异:外侧机翼的阻力大于内侧机翼的阻力。
      • 原因:外侧机翼的迎风面积更大,且由于离心力作用,外侧机翼的相对速度更高。
    • 结果:飞机在转弯时会产生倾斜,导致机翼升力的水平分量增加,产生向心力。

2. 水平转弯中的侧滑

  • 水平左转弯
    • 侧滑方向:飞机会发生左侧滑。
    • 修正方法:需要向左偏转方向舵,以抵消侧滑,保持稳定的转弯姿态。
  • 水平右转弯
    • 侧滑方向:飞机会发生右侧滑。
    • 修正方法:需要向右偏转方向舵,以抵消侧滑,保持稳定的转弯姿态。

(二)升限与飞行性能

1. 理论升限与实用升限

  • 理论升限
    • 定义:飞机在理论上能够达到的最大飞行高度,此时发动机推力等于飞机的阻力。
    • 特点:理论升限是基于理想条件计算的,实际飞行中难以达到。
  • 实用升限
    • 定义:飞机在实际飞行中能够达到的最大飞行高度,此时飞机的爬升率降至一个较低的值(通常为 0.5 米/秒或更低)。
    • 特点:实用升限考虑了实际飞行中的发动机性能、空气密度变化和飞行效率等因素。
  • 关系
    • 理论升限 > 实用升限:理论升限是理想状态下的最大高度,而实用升限是实际飞行中能够达到的最大高度。

(三)机动飞行中的空气动力特性

1. 转弯中的空气动力

  • 升力与迎角
    • 在转弯过程中,飞机需要增加迎角以产生足够的升力来维持高度。
    • 迎角增加时,升力系数增大,但超过临界迎角会导致失速。
  • 阻力变化
    • 转弯时,外侧机翼的阻力大于内侧机翼,导致飞机产生倾斜。
    • 通过方向舵的偏转,可以修正侧滑,保持稳定的转弯姿态。

2. 爬升与下降中的空气动力

  • 爬升
    • 升力与推力:爬升时,飞机需要更大的推力来克服重力和阻力。
    • 迎角调整:适当增加迎角以提高升力,但需避免超过临界迎角。
  • 下降
    • 阻力控制:通过调整迎角和速度,控制下降率。
    • 升力调整:减少升力以降低高度,但需保持足够的升力以维持飞行姿态。

(四)飞行中的空气动力平衡

1. 力的平衡

  • 水平方向
    • 推力与阻力平衡,确保飞机在水平方向上的稳定飞行。
  • 垂直方向
    • 升力与重力平衡,确保飞机在垂直方向上的稳定飞行。
  • 转弯过程
    • 通过调整副翼、升降舵和方向舵,实现飞机的稳定转弯。

2. 动态调整

  • 实时调整
    • 在机动飞行中,飞行员需要根据飞行状态实时调整飞行姿态和控制面,以保持稳定的飞行。
  • 飞行管理系统
    • 现代飞机通常配备飞行管理系统(FMS),能够自动调整飞行姿态,确保飞行安全和效率。

总结

机动飞行中的空气动力特性对飞行安全和效率有重要影响。飞行员需要理解并掌握以下关键点:

  • 转弯中的空气动力:通过偏转副翼和方向舵,实现稳定的转弯。
  • 升限与飞行性能:理论升限高于实用升限,实际飞行中需考虑发动机性能和空气密度变化。
  • 力的平衡:在水平和垂直方向上保持力的平衡,确保飞行稳定。

四、飞机的飞行性能

飞机的飞行性能是指其在不同飞行状态下所表现出的特性,包括滑翔、俯冲和爬升等。以下是这些飞行状态的定义、特点及其对飞行性能的影响:

(一)滑翔

1. 定义

  • 滑翔:飞机在没有发动机推力或发动机处于小油门(怠速甚至关机)状态下,依靠重力分量沿下滑轨迹飞行的状态。

2. 特点

  • 下滑角:飞机下滑轨迹与水平面的夹角,通常用下滑角表示。
  • 下滑速度:滑翔时的速度,通常比巡航速度低,以减少阻力。
  • 下滑距离:从某一高度下滑到地面的距离,与下滑角和飞行速度有关。
  • 升阻比:滑翔性能的关键指标,升阻比越大,滑翔距离越远。
    • 公式:[ \text{升阻比} = \frac{L}{D} ]
      • ( L ):升力
      • ( D ):阻力

3. 应用

  • 紧急情况:在发动机故障或燃油耗尽时,滑翔是保持飞机可控并安全着陆的重要手段。
  • 节能飞行:在某些飞行任务中,滑翔可以减少燃油消耗,延长续航时间。

(二)俯冲

1. 定义

  • 俯冲:飞机沿大俯仰角向下飞行的状态,通常用于快速下降高度。

2. 特点

  • 俯冲角:飞机俯冲轨迹与水平面的夹角,通常较大(30°以上)。
  • 俯冲速度:俯冲时速度增加,可能导致超音速飞行(需注意激波阻力)。
  • 载荷因子:俯冲时,飞机承受的载荷因子可能增大,需注意结构强度。
  • 控制:俯冲时需严格控制迎角,避免超过临界迎角导致失速。

3. 应用

  • 军事飞行:用于快速接近目标或脱离危险区域。
  • 特技飞行:在特技表演中,俯冲是常见的动作之一。

(三)爬升

1. 定义

  • 爬升:飞机沿大俯仰角向上飞行的状态,用于增加飞行高度。

2. 特点

  • 爬升角:飞机爬升轨迹与水平面的夹角,通常在 10°-30° 之间。
  • 爬升速度:爬升时的速度,通常比巡航速度低,以确保发动机有足够的推力。
  • 推力需求:爬升时需要较大的推力来克服重力和阻力。
  • 迎角调整:适当增加迎角以提高升力,但需避免超过临界迎角。

3. 应用

  • 起飞阶段:飞机在起飞后需要爬升到巡航高度。
  • 避障:在飞行过程中,爬升用于避开障碍物或进入更高高度的航路。

(四)飞行性能的综合影响

1. 升力与阻力

  • 升力:在滑翔、俯冲和爬升中,升力始终垂直于相对气流方向。
  • 阻力:阻力与飞行速度的平方成正比,影响爬升和俯冲的效率。

2. 发动机性能

  • 滑翔:发动机处于小油门或关机状态,依靠重力分量飞行。
  • 爬升:需要较大的发动机推力,推力不足可能导致爬升困难。
  • 俯冲:发动机推力通常减少,但需注意速度控制以避免超速。

3. 飞行姿态控制

  • 滑翔:通过调整迎角和速度,保持稳定的下滑轨迹。
  • 爬升:通过增加迎角和推力,保持稳定的爬升轨迹。
  • 俯冲:通过减少迎角和控制速度,避免超速和失速。

五、飞机的稳定性与操纵

飞机的稳定性与操纵性是飞行安全和飞行效率的关键因素。以下是飞机稳定性与操纵性的主要概念及其相互关系:

(一)稳定性

1. 纵向稳定性

  • 定义:围绕横轴的稳定性,主要影响飞机的俯仰运动。
  • 关键部件:水平尾翼。
  • 作用:水平尾翼产生纵向阻尼力矩,帮助飞机恢复到平衡状态。
  • 影响因素
    • 重心位置:重心靠前,纵向稳定性增强;重心靠后,稳定性减弱。
    • 水平尾翼设计:水平尾翼的面积和位置影响纵向阻尼力矩。

2. 横向稳定性

  • 定义:围绕纵轴的稳定性,主要影响飞机的滚转运动。
  • 关键部件:机翼。
  • 作用:机翼产生横向阻尼力矩,帮助飞机恢复到平衡状态。
  • 影响因素
    • 机翼设计:机翼的弯度、后掠角等影响横向稳定性。
    • 侧滑角:具有后掠角的飞机在侧滑时会产生滚转力矩,影响横向稳定性。

3. 航向稳定性

  • 定义:围绕立轴的稳定性,主要影响飞机的偏航运动。
  • 关键部件:垂直尾翼。
  • 作用:垂直尾翼产生方向阻尼力矩,帮助飞机恢复到平衡状态。
  • 影响因素
    • 垂直尾翼设计:垂直尾翼的面积和位置影响方向阻尼力矩。
    • 上反角:具有上反角的飞机在侧滑时会产生偏航力矩,影响航向稳定性。

(二)操纵性

操纵性是指飞行员通过控制面(如副翼、升降舵、方向舵)对飞机进行控制的能力。

1. 横向操纵性

  • 定义:通过副翼控制飞机的滚转运动。
  • 作用:副翼偏转产生滚转力矩,使飞机绕纵轴旋转。
  • 影响因素
    • 副翼设计:副翼的面积和偏转角度影响滚转力矩。
    • 飞行速度:速度越高,滚转力矩越大。

2. 纵向操纵性

  • 定义:通过升降舵控制飞机的俯仰运动。
  • 作用:升降舵偏转产生俯仰力矩,使飞机绕横轴旋转。
  • 影响因素
    • 升降舵设计:升降舵的面积和偏转角度影响俯仰力矩。
    • 飞行速度:速度越高,俯仰力矩越大。

3. 航向操纵性

  • 定义:通过方向舵控制飞机的偏航运动。
  • 作用:方向舵偏转产生偏航力矩,使飞机绕立轴旋转。
  • 影响因素
    • 方向舵设计:方向舵的面积和偏转角度影响偏航力矩。
    • 飞行速度:速度越高,偏航力矩越大。

(三)稳定性与操纵性的关系

1. 纵向稳定性与航向稳定性

  • 独立性:纵向稳定性和航向稳定性应相互独立,互不干扰。
  • 设计要求:飞机设计时需确保水平尾翼和垂直尾翼的布局合理,避免相互影响。

2. 横向稳定性与航向稳定性

  • 匹配性:横向稳定性和航向稳定性应匹配适当,确保飞行时的平衡和协调。
  • 设计要求:飞机设计时需确保机翼和垂直尾翼的设计合理,避免因侧滑角导致的不稳定。

(四)螺旋现象

1. 定义

  • 螺旋现象:飞机失速后,机翼自转导致的旋转下降状态。

2. 原因

  • 失速:迎角超过临界迎角,升力急剧下降,阻力增加。
  • 自转:失速后,机翼的不对称压力导致飞机自转。

3. 制止方法

  • 立即向螺旋的反方向打舵:方向舵偏转到底,制止螺旋。
  • 恢复升力:适当增加迎角,恢复升力,避免进一步失速。
  • 控制速度:避免超速,确保飞行安全。

总结

飞机的稳定性与操纵性是飞行安全和飞行效率的关键因素。飞行员需要理解以下要点:

  • 稳定性:纵向稳定性、横向稳定性和航向稳定性是飞机保持平衡的关键。
  • 操纵性:通过副翼、升降舵和方向舵,飞行员可以控制飞机的滚转、俯仰和偏航。
  • 螺旋现象:失速后可能导致螺旋,需立即采取措施制止螺旋,恢复升力