飞机性能
飞机状态的保持和改变的基本原理:作用于飞机上的各空气动力，如果不通过飞机重心，就会形成绕飞机重心的力矩。飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩作用的结果。飞行中的四个力飞行中作用在飞机上的四个力是升力、重力、拉力和阻力。升力是由流过机翼上下表面的气流产生的一个向上的力，它将飞机支撑在空中。重力与升力的方向相反，它是由地球引力产生的一个向下的力。拉力是驱使飞机在空中前进的力，它的大小主要随发动机功率而变化。与拉力相反的是阻力，它是一个限制飞机速度的向后的力。 升力 升力是非常重要的空气动力，在平飞中，它与重力的方向相反，大小相等。若其他空气动力保持恒定j则飞机既不增加高度也不掉高度，飞机处于平衡状态。 当飞机停放在停机坪上时也处于平衡状态。在静止的空气中，大气对机翼的上下表面施加相同的压力，不存在空气动力。产生空气动力的前提是空气相对于飞机，尤其是相对于机翼运动。在飞行中空气作用于机翼上下表面的压力是不相同的。流过机翼的气流所产生的压力差是升力的主要来源。尽管有多种因素对此差异有影响，但机翼的形状是主要因素，另外几种影响升力的因素。设计机翼时，应考虑如何将气流分成机翼下表面为高压区，上表面为低压区。 阻力 如上所述，阻力与升力紧密相关。对飞机周围平滑气流的任何扰动和改变都会产生阻力。 弯度高、面积大的机翼比面积小、中弯度的机翼产生的阻力大。增加空速或迎角的同时也增大了阻力和升力。阻力与飞行方向相反，即与拉力方向相反，它限制了飞机向前的速度。阻力从广义上可分为废阻力和诱导阻力。 1．废阻力 废阻力是指除直接与升力产生有关的阻力外的所有阻力。它是由飞机周围气流的分离产 生的。废阻力通常可分为三类：形状阻力、摩擦阻力和干扰阻力。形状阻力是飞机的突出部位与相对气流产生的，阻力的大小与突出部位的大小和形状有 关。例如，一个长方体就比一根光滑圆柱的阻力大得多，流线形就可以减小形状阻力。 摩擦阻力是由于不光滑的飞机表面产生的。即使这些表面看起来非常光滑，但在显微镜下，它们仍然显得相当粗糙。薄薄的一层空气吸附在这些粗糙的表面，形成导致阻力产生的小旋涡。干扰阻力出现在飞机表面变化的气流相遇和相互作用处。这种相互作用产生了额外的力。例如，在机翼和机身的结合部，交汇的气流就会产生干扰阻力。每种废阻力都随飞机速度而变化，它的大小与飞机速度的平方成正比。 2．诱导阻力 诱导阻力是升力产生的副产品，它与机翼的迎角有直接关系。迎角越大诱导阻力就越大。为机翼通常处于小迎角和大空速或大迎角和小空速状态，因此诱导阻力与空速的关系也可曲线表示。 拉力 拉力是驱使飞机向前运动的作用力，其方向与阻力方向相反。多数飞机通过发动机带动螺旋桨而产生拉力。每个螺旋桨的桨叶与翼型一样具有弯度，这种形状加上桨叶的迎角，就减小了螺旋桨前部的压力，增加了后部的压力。螺旋桨产生拉力主要是通过增大流过桨叶的空气流量，而不是通过增大螺旋桨的转速。 平飞时，拉力与阻力相等。飞行员可以通过加减油门来增减拉力。当功率增加时，拉力大于阻力，使飞机加速。然而，在加速的同时，阻力也随之增加。只有当拉力超过阻力时，才能使飞机继续增速。当阻力再次与拉力相等时，飞机就不再增速而保持恒速运动，不过此时的空速比原来的大。减小拉力时，阻力使飞机减速。当飞机减速后，阻力也随之减小。当阻力减小至与拉力相等时，飞机就不再减速，飞机再次处于恒速运动状态。然而，此时的空速比原来的小。 重力 重力的作用方向是不变的，它总是铅直地指向地心。但飞机的重量不是一成不变的，它随着装载的设备、旅客、货物和燃油的变化而变化。在航线飞行中，由于燃油的消耗，总重量在减小。在一些特殊的飞行中也可能减轻重量。 飞机的平衡:飞机的三个轴和重心 为了确定飞机的姿态、运动轨迹、气动力和气动力矩的方向，必须建立坐标轴系。常用的坐标轴有地面轴系、机体轴系、气流轴系和半机体轴系。在研究飞机的平衡、稳定性和操纵性问题时，采用机体轴系。除地面轴系外，其他都是活动坐标系，随着飞机运动，坐标轴在空间的位置和方向都发生变化。活动轴系的原点都在飞机的重心(质心)上。 螺旋桨的拉力或喷气发动机的推力，其作用线若不通过飞机重心也会形成绕重心的俯仰力矩，这叫拉力或推力力矩,对于同一架飞机来说，拉力或推力形成的俯仰力矩的大小主要受油门位置的影响。增大油门，拉力或推力增大，俯仰力矩增大。 飞机的俯仰平衡,飞行中飞机的机翼、机身、尾翼等部件都承受着空气动力的作用，所有作用在飞机上的外力与外力矩之和为零的飞行状态，称为平衡状态。通常直线运动是飞机的一种平衡状态。 飞机的平衡包括“作用力的平衡”和“力矩的平衡”两个方面。把飞机当做一个质点，飞机质心(重心)移动速度的变化取决于作用在飞机上的外力是否平衡，属于作用力 平衡问题； 影响飞机平衡的主要因素 影响俯仰平衡的因素很多，主要有：加减油门、收放襟翼、收放起落架和重心变化。 加减油门会改变拉力或推力的大小，从而改变拉力力矩或推力力矩的大小，影响飞机的俯仰平衡。但需要指出的是，加减油门后，飞机是上仰还是下俯，不能单看拉力力矩或推力力矩对俯仰平衡的影响，而需要综合考虑加减油门所引起的机翼、水平尾翼等力矩的变化。 飞机的方向平衡，是作用于飞机的各偏转力矩之和为0。飞机取得方向平衡后，不绕立轴转动，侧滑角不变或侧滑角为0。 飞机的稳定性原理与悬摆的稳定性原理基本上是一样的。飞机之所以有稳定性，首先是因为飞机偏离原平衡状态时出现了稳定力矩，使飞机具有自动恢复原来平衡状态的趋势；其次是在摆动过程中，又出现了阻尼力矩，促使飞机摆动减弱乃至消失。可见，飞机的稳定性，就是在飞行中，当飞机受到微小扰动而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失后，飞行员不给与任何操纵，飞机自动恢复原来平衡状态的特性。 飞机的稳定性 在研究飞机的稳定性之前，先看一般物体的稳定性，一个稳定的物体必须具备一定的条件。例如一个悬挂着的、处于平衡状态的摆锤(见图4．10)，受微小扰动偏离平衡位置，在因为水平尾翼附加升力距离飞机重心的距离远。根据平行力求合力的原理，必然使飞机总的附加升力的作用点，即飞机焦点大大向后移动。 在飞行中，飞机经常会受到各种各样的扰动(如阵风、发动机工作不均衡、舵面的偶然偏转等)，使飞机偏离原来平衡状态，偏离后，飞机若能自动恢复原来的平衡状态，则称飞机是稳定的，或飞机具有稳定性。 飞机的稳定性是飞机本身必须具有的一种特性，但飞机的稳定性不是一成不变的，而是随着飞行条件的改变而变化的。也就是说，在一定的飞行条件下，飞机具有足够的稳定性，而在另一些飞行条件下，飞机的稳定性可能减弱，甚至由稳定变成不稳定。同时飞机的稳定|生与飞机的操纵性有着密切的关系，要学习飞机的操纵性，就必须先懂得飞机的稳定性。 方向稳定性:飞行中，飞机受扰动以致方向平衡状态遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原来方向平衡状态的特性叫飞机的方向稳定性。飞机之所以具有方向稳定性，是方向稳定力矩和方向阻尼力矩共同作用的结果。另外，机翼的上下位置不同对飞机的横侧稳定性也有影响。如图4．20所示，当飞机受到扰动呈现坡度产生侧滑时，对于上单翼飞机来说，侧滑前翼下表面，气流受机身的阻挡，流速减慢，压力升高，升力增大，于是形成横侧稳定力矩，使飞机的横侧稳定性增强；对于下单翼飞机来说，侧滑前翼上表面，气流受到阻挡，流速减慢，压力升高，升力减小，于是形成横侧不稳定力矩，使飞机的横侧稳定性减弱；对于中单翼飞机来说，侧滑前翼上下表面，气流均受到机身阻挡，流速均减小，压力均增高，对飞机的横侧稳定性影响不大。 横侧稳定性:飞行中，受扰动以致横侧平衡状态遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原来横侧平衡状态的特性叫做飞机的横侧稳定性。飞机之所以具有横侧稳定性，是飞机横侧稳定力矩和横侧阻尼力矩共同作用的结果。 影响飞机稳定性的因素飞机稳定性的强弱，一般用摆动衰减时间、摆动幅度、摆动次数来衡量。若飞机受扰动后，恢复原来平衡状态用的时间短、摆动幅度小，摆动次数越少，则飞机的稳定性越强。 飞机重心位置越靠前，重心到飞机焦点的距离越远，飞机受扰动后，迎角变化所产生的俯仰稳定力矩就越大，负值越大，飞机的俯仰稳定性越强。 重心位置越靠前，飞机在同样的扰动下，俯仰摆动的幅度比较小。这是因为重心位置越靠前，飞机的俯仰稳定力矩大，由扰动所引起的迎角增量就越小，即飞机俯仰摆动的幅度越小。 重心位置越靠前，飞机的方向稳定性增强，但不明显。因为重心到垂尾侧力着力点的距离，比重心到飞机焦点的距离大得多，所以，重心位置移动对方向稳定陡影响小。 重心位置前、后移动，不影响飞机的横侧稳定性。因为重心位置前后移动不影响飞机的滚转力矩的大小。 影响飞机操纵性的因素:飞机的操纵性不是一成不变的，它受到许多因素的制约，现就影响操纵性的主要因素’分析如下： 1)飞机重心位置前后移动对操纵性的影响和重心的前后极限位置重心位置的前后移动，会引起平飞中升降舵偏转角和杆力发生变化。 2)飞行速度对飞机操纵性的影响 在俯仰和方向操纵性方面，以杆、舵行程相同作比较。在飞行速度比较大的情况下，同样多的舵偏角，产生的操纵力矩大，角速度自然也大。因此，飞机达到与此舵偏角相对应的平衡迎角或侧滑角所需的时间就比较短。在横侧操纵性方面，如果压盘行程亦即副翼转角相同，则飞行速度大，横侧操纵力矩大，角速度也大。于是，飞机达到相同坡度的时间短。总之，飞行速度大，飞机反应快，飞机操纵性好；飞行速度小，飞机反应慢，飞机操纵性变差。 3)飞行高度对操纵性的影响 以同一真速在高空飞行，动压减小，飞行员为保持杆、舵在一定位置所需的力量减轻。如果在不同的高度，保持同一真速平飞，因高度升高动压减小，各平飞真速所对应的迎角普遍增大。与低空相比，高空飞行驾驶盘位置要靠后些，升降舵上偏角要大些。大速度飞行时，推杆力将减小。另外，若保持同一真速在不同高度飞行，高度升高，空气密度降低，舵面偏转同样角度，高空产生的操纵力矩小，角加速度随之减小，飞机达到对应的迎角，侧滑角或坡度所需的时间增长，也就是说飞机反应匣。归纳起来，高空飞行有杆、舵变轻，反应迟缓的现象。 4)迎角对横侧操纵性的影响 |
