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似性。
根據(jù)對航海術(shù)語的采用，飛機縱軸固定后的運動稱為“側(cè)滾”，橫軸固定時的運動叫“俯仰”；
最后，飛機垂直軸固定后的運動叫“偏航”，就是飛機頭水平的左右運動。
飛機的三個運動由三個控制面控制。側(cè)滾由副翼控制，俯仰由升降舵控制，偏航由方向舵控
制。對這些控制的使用在第四章解釋－飛行控制。
運動和力臂
物理學研究表明如果一個物體可以自由旋轉(zhuǎn)的話，將總是繞它的重心旋轉(zhuǎn)。在空氣動力學術(shù)
語中，對飛機的趨向繞它的重心旋轉(zhuǎn)的精確測量叫力矩。力矩是所施加的力和作用點距離的
乘積。力臂是從參考點到作用力的距離。為計算飛機的重量和平衡，力矩用力臂距離乘以飛
機的重量來表示，簡單說是英寸磅(距離乘以重量，公制單位是牛頓米)。
飛機設(shè)計者把飛機的重心位置或前或后的定位在盡可能靠近平均動力弦的20%位置。如果
推力線設(shè)計成水平的通過重心，這樣當動力改變時也不會導致飛機俯仰，因此飛行中不管是
有動力還是停機狀態(tài)力臂都不會有差別。盡管設(shè)計者對阻力的位置可以有些控制，它們也不
總是能夠讓合成阻力通過飛機的重心。不過，它們最能夠控制的其中之一就是尾部的大小和
位置。目標是讓力矩(由于阻力，推力和升力產(chǎn)生)盡可能小；用適當?shù)奈膊课恢米鳛槿魏物w
行條件下的飛機提供縱向平衡的手段。
飛行時，除了通過改變迎角來控制升力中心外，飛行員沒有對作用于飛機的力的位置作直接
控制。然而，迎角的這個改變會立即的影響到其它力的改變。所以，飛行員不可能單獨改變
一個力的位置而不改變其它效果。例如，空速的改變伴隨升力的改變，以及阻力的改變，還
有尾部向上和向下的力也會改變。當象紊流和陣風這樣的力作用于飛機時讓飛機移動，飛行
員通過提供反向的控制力來對抗這樣的力。
某些飛機在載荷變化時引起重心位置的變化。配平設(shè)備用來抵消由燃油消耗，載荷或者乘客
或貨物的非載荷因素導致的力。升降舵配平片和可調(diào)節(jié)水平尾翼組成了為飛行員提供載荷配
平的最常用設(shè)備。
在大飛機的大范圍飛行平衡中，如果不提供配平的手段，那么飛行員必須施加的用于控制的
力將會是過多的且使人容易疲勞。
飛行員航空知識手冊
第46 頁
設(shè)計特性
每一個飛過很多類型飛機的飛行員已經(jīng)注意到操作是有些區(qū)別的，那就是對控制壓力的抵抗
和相應都有它們自己的方式。訓練型飛機對控制有快速的相應，而運輸型的飛機通常感覺控
制繁重而且對控制壓力的響應也更慢。通過考慮特定的穩(wěn)定性和機動要求，這些特征可以設(shè)
計到飛機中使特定用途的飛機容易實現(xiàn)。在接下來的討論中，要總結(jié)一下更為重要的飛機穩(wěn)
定性方面；討論穩(wěn)定性是如何分析的；以及不同飛行條件下它們的關(guān)系。簡而言之，穩(wěn)定性，
機動性和可控性的主要區(qū)別如下：
􀁺 穩(wěn)定性－這是飛機糾正那些可能改變它的平衡條件的內(nèi)在品質(zhì)，以及返回或繼續(xù)在原始
航跡上飛行的能力。這是一個飛機的主要設(shè)計特性。
􀁺 機動性－這是飛機容易機動且承受機動引發(fā)的壓力的能力。它受飛機的重量，慣量，大
小，飛行控制的位置，結(jié)構(gòu)強度，以及發(fā)動機等因素決定。這也是一個飛機的主要設(shè)計
特性。
􀁺 可控性－這是飛機對飛行員控制的響應能力，特別考慮的是航跡和姿態(tài)。它是飛機對飛
行員操作飛機時施加控制的響應特性，和穩(wěn)定性特性無關(guān)。
穩(wěn)定性的基本概念
飛機飛行的航跡和高度僅受飛機的空氣動力學特性，推進系統(tǒng)和它的結(jié)構(gòu)強度限制。這些限
制表明了飛機的最大性能和機動性。如果飛機要提供最大效用，在這些限制的全部范圍內(nèi)必
須是安全可控的，且不超出飛行員的強度和要求額外的飛行能力。如果飛機沿任意航跡筆直
穩(wěn)定的飛行，那么作用于飛機的力必定是靜態(tài)平衡的。任何物體的平衡受到破壞后的反應和
穩(wěn)定性有關(guān)。有兩種穩(wěn)定性：靜態(tài)的和動態(tài)的。先討論靜態(tài)的平衡，這里的討論將用到下面
的定義：
􀁺 平衡－所有作用于飛機的相反的力都是平衡的。(飛機處于穩(wěn)定的不加速的飛行狀態(tài))
􀁺 靜態(tài)穩(wěn)定性－當平衡被破壞后飛機顯示出的最初趨勢。
􀁺 正靜態(tài)穩(wěn)定性－飛機平衡被破壞后返回到原來平衡狀態(tài)的最初趨勢。圖3－10
􀁺 負靜態(tài)穩(wěn)定性－飛機平衡被破壞后持續(xù)偏離原來平衡狀態(tài)的最初趨勢。
􀁺 中性靜態(tài)穩(wěn)定性－飛機平衡被破壞后維持在一個新條件的最初趨勢。
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靜態(tài)穩(wěn)定性
飛行中飛機的穩(wěn)定性比解釋的要稍微復雜的多，因為飛機可以自由的向各個方向運動，且俯
仰和側(cè)滾以及方向都必須是可控的。設(shè)計飛機時，工程師必須在穩(wěn)定性，機動性和可控性之
間折中；因為飛機的三個軸向自由度使得問題變的更加復雜了。太高的穩(wěn)定性對機動性有害，
類似的，不足的穩(wěn)定性對可控性也有害。在飛機設(shè)計中，這兩者(穩(wěn)定性和機動性)之間的折
中是個關(guān)鍵。
動態(tài)穩(wěn)定性
靜態(tài)穩(wěn)定性定義為飛機在平衡條件被破壞后顯示出來的初始趨勢。有時候，初始趨勢和總體
趨勢不同或者相反，因此必須區(qū)別這兩者。動態(tài)穩(wěn)定性是飛機的平衡被打破后顯示出來的總
體趨勢。圖3－11 的曲線顯示了受控的功能隨時間的變化。可以看出時間單位非常重要。
如果一個周期或者一個起伏的時間單位超過10 秒，這叫長周期振動(起伏運動)，且容易被
控制。在縱向長周期振動中，當空速增加或者降低時，迎角保持不變。對于某一角度，期望
振動會收斂，但是不是必須的。起伏運動只能在靜態(tài)穩(wěn)定的飛機上測定，這對飛機的配平質(zhì)
量有很大的影響。如果一個周期或者一個起伏的時間單位小于一秒或者兩秒，這稱為短周期
振動，如果不是不可能的話，飛行員通常是非常難以控制的。這是飛行員很容易增強它的一
種振動類型。
中性或者發(fā)散的短期振動是危險的，如果振動不是快速阻尼的話，一般會導致結(jié)構(gòu)化失效。
短期振動影響飛機和控制面是類似的，它們表現(xiàn)為飛機的縱向擺動，或表現(xiàn)為控制面的振動
　
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