所谓静稳定度是指气动中心到飞机重心的距离,气动中心在重心之后静稳定度为正,飞机是静稳定的;气动中心在重心之前静稳定度为负,飞机是静不稳定的。打个比方,静稳定飞机的重心就像翘翘板的支点,机头是一端的话,升力作用点就在另一端。当气流使飞机抬头时,仰角增大,升力增加,升力这一端就会向上,从而使飞机低头。当飞机被气流压低头时,仰角减小,升力减小,升力这端就向下了,使飞机抬头。这样一来,飞机总是能够通过自身的调整来修正外来的影响,飞的更加平稳,但代价是飞机的机动性不佳。而静不稳定飞机由于气动中心在重心之前,所以非常灵活,但是却是传统机械操控方式无法操纵的,因为这需要每时每刻不间断的对舵面进行大量的细微调整。对人而言这是无法做到的。所以,要设计一架放宽静稳定度的飞机(Relaxed Static Stability),就必须借助计算机来辅助驾驶。飞行员输入操纵指令,计算机将之转变成相应的信号,驱动机身各舵面处的操纵装置,完成对飞机平稳准确的控制,实现主动控制(Active Control Technology)。这就是为什么要设计放宽静稳定度的飞机就必须先发展电传飞行控制技术的原因。在亚音速飞行状态,静稳定的飞机的翼身组合体的升力中心在重心稍后的某个距离,这时翼身组合体的升力所产生的负俯仰力矩(机头向下的力矩),由平尾的下偏,以产生向下的升力来平衡。由于飞机的静稳定特性,飞机有保持原有飞行状态的趋势,使飞机的操纵也不灵活。而放宽静稳定度的飞机,稳定度变得很小甚至不稳定,飞行中主要靠主动控制系统控制相应舵面,保证飞机的稳定性。这时为保持平衡只需要较小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身组合体的正俯仰力矩(机头向上的力矩)。而在超音速状态,因为放宽静稳定度的飞机的重心比普通飞机的重心更靠后,这样为配平由于翼身组合体升力升起的负俯仰力矩所需要的尾翼向下载荷比普通飞机要小,因而就可以大大减少尾翼足寸和重量,使其在超音速状态也具有较高的升力。研究表明,放宽静稳定度为战斗机带来的效益是当静稳定裕度取为-12%平均气动弦长时,飞机的起飞总重可减少8%,所需发动机推力可减少20%,如果再加上控制机动载荷的效果可使设计总重减少18%。 所以,第三代战斗机普遍采用了放宽静稳定度的设计,机动性大为提高。
问什么是飞机的静不稳定性
问题描述:
静不稳定飞机的定义是
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什么是静稳定性呢?定义就是如果气动中心在飞机重心的前方那么飞机就是静不稳定的,反之如果飞机在飞机重心的后方,飞机就是静稳定的。
静稳定性的飞机会使飞机攻角变大时逐渐趋于稳定。
静稳定性飞机的抬头力矩是如何变化的。当攻角逐渐增大时,飞机的抬头力矩反而逐渐减小,当攻角超过αe时,飞机反而出现低头力矩,并且低头力矩会随着攻角的增大而越来越大,那么飞机就会渐渐的自己处于平衡状态。
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在亚音速飞行状态,普通飞机的翼身组合体的升力中心在重心稍后的某个距离(静稳定),这时翼身组合体的升力所产生的负俯仰力矩(机头向下的力矩),由平尾的下偏,以产生向下的升力来平衡,尾翼的升力从翼身组合体升力中减去,因而使总的升力减少。
而且由于飞机的静稳定特性,飞机有保持原有飞行状态的趋势,使飞机的操纵也不灵活。
而放宽静稳定度的飞机,气动中心可以很靠近重心也可以重合,甚至在重心的前面,飞机的稳定度变得很小甚至不稳定,飞行中主要靠主动控制系统(即自动增稳系统)主动控制相应舵面,保证飞机的稳定性。
这时为保持平衡只需要较小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身组合体的正俯仰力矩(机头向上的力矩)。
虽然越稳定的飞机对于提高安全性越有利,但是对于操纵性来说却越来越不利。
因为越稳定的飞机,要改变它的状态就越困难,也就是说,飞机的机动性越差。
所以如何协调飞机的稳定性和操纵性之间的关系,对于现代战斗机来说是一个非常值得权衡的问题。
实际上为了获得更大的机动性,目前最先进的战斗机都已经被设计成不稳定的飞机。
当然这样的飞机不能再通过飞行员来保持平衡,而是通过一系列其他的增稳措施,比如电传操纵等主动控制手段来自动实现飞机的稳定性。
这些所使用的控制手段达到的效果就称为靜不稳定性
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