飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性主講人：徐峰《飛行原理》飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性研究的是飛機(jī)受到擾動(dòng)后，恢復(fù)原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。飛機(jī)受到擾動(dòng)后，恢復(fù)原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是由飛機(jī)的縱向靜穩(wěn)定力矩、俯仰阻尼力矩和慣性力矩相互作用的結(jié)果來(lái)確定的。具有縱向靜穩(wěn)定性是飛機(jī)具有縱向穩(wěn)定性的必要條件，但不是充分條件。飛機(jī)的縱向動(dòng)穩(wěn)定性在擾動(dòng)消失后，具有縱向靜穩(wěn)定性的飛機(jī)在縱向靜穩(wěn)定力矩作用下，恢復(fù)原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)中，受到靜穩(wěn)定力矩、俯仰阻尼力矩、慣性力矩等的共同作用，這些力矩的共同作用如果能使飛機(jī)圍繞平衡位置的來(lái)回振蕩運(yùn)動(dòng)逐漸收斂，最后恢復(fù)到原飛行姿態(tài)，飛機(jī)就具有縱向動(dòng)穩(wěn)定性。具有縱向動(dòng)穩(wěn)定性的飛機(jī)，才真正具有了縱向穩(wěn)定性。所以，具有縱向動(dòng)穩(wěn)定性是飛機(jī)具有縱向穩(wěn)定性的充分條件。目錄contents01.俯仰阻尼力矩02.縱向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征俯仰阻尼力矩

具有足夠的縱向靜穩(wěn)定力矩只能使飛機(jī)具有自動(dòng)返回原飛行姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并不能保證飛機(jī)最終能恢復(fù)到原有的飛行姿態(tài)。要做到這一點(diǎn)，還必須使飛機(jī)在恢復(fù)原有飛行姿態(tài)的俯仰擺動(dòng)中受到足夠的俯仰阻尼力矩，使飛機(jī)的俯仰擺動(dòng)逐漸減弱直至停止。俯仰阻尼力矩飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向平尾附加升力俯仰阻尼力矩的產(chǎn)生圖表示俯仰擺動(dòng)中，飛機(jī)上的氣動(dòng)升力增量產(chǎn)生的附加俯仰力矩。當(dāng)飛機(jī)在俯仰罷動(dòng)中抬頭時(shí)，重心前各處的迎角減小，產(chǎn)生的升力增量向下作用；重心后各處的迎角增大，產(chǎn)生的升力增量向上作用，這樣分布的升力增量對(duì)飛機(jī)重心形成的力矩是低頭力矩，阻上飛機(jī)抬頭轉(zhuǎn)動(dòng)，所以是俯仰阻尼力矩。水平尾翼距離飛機(jī)重心最遠(yuǎn)，氣動(dòng)力面積最大，所以，俯仰阻尼力矩主要由水平尾翼產(chǎn)生，如圖所示?？v向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征定常直線飛行的飛機(jī)，受到擾動(dòng)使迎角發(fā)生變化，在擾動(dòng)消失后，回到原平衡姿態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)化看成是由兩種典型周期性運(yùn)動(dòng)模態(tài)疊加而成：短周期模態(tài)的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)周期模態(tài)的運(yùn)動(dòng)一種是周期很短、衰減很快的短周期模態(tài)，如圖所示；另一種是周期長(zhǎng)、衰減很慢的長(zhǎng)周期模態(tài)，如圖所示?？v向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征這種運(yùn)動(dòng)模態(tài)主要發(fā)生在干擾消失后的最初階段。飛機(jī)的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)主要是飛機(jī)繞重心的擺動(dòng)過(guò)程，表現(xiàn)為迎角和俯仰運(yùn)動(dòng)角速度周期性迅速變化，而飛行速度則基本上保持不變。1短周期運(yùn)動(dòng)模態(tài)擾動(dòng)消失的最初階段，飛機(jī)上產(chǎn)生的靜穩(wěn)定力矩迫使飛機(jī)返回原飛行姿態(tài)，從而使飛機(jī)，產(chǎn)生較大的繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，使飛機(jī)的迎角和俯仰運(yùn)動(dòng)角速度迅速變化?？v向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征到達(dá)原平衡姿態(tài)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)慣性，飛機(jī)會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并超過(guò)原平衡位置，又會(huì)產(chǎn)生方向相反的靜穩(wěn)定力矩，迫使飛機(jī)再回到原飛行姿態(tài)，從而使飛機(jī)產(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度，使飛機(jī)的迎角和俯仰運(yùn)動(dòng)角速度又向相反的方向迅速變化。于是，就形成了迎角和俯仰運(yùn)動(dòng)角速度周期性迅速變化的短周期運(yùn)動(dòng)模態(tài)?？v向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征在短周期振蕩運(yùn)動(dòng)基本結(jié)束時(shí)，縱向力矩基本恢復(fù)平衡，飛機(jī)基本不再繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于飛行速度增量的作用，作用在飛機(jī)上的外力仍處于不平衡狀態(tài)，飛機(jī)的航跡是彎曲的。重力、升力、阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)推力的相互作用，使飛機(jī)的高度增加，速度和升力隨之減小，航跡逐漸轉(zhuǎn)為向下彎曲；隨后，飛機(jī)的高度減小，速度和升力隨之增加，航跡又逐漸轉(zhuǎn)為向上彎曲。如此反復(fù)進(jìn)行，就形成了飛機(jī)重心上、下緩慢振蕩。振蕩過(guò)程如圖所示。2長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)模態(tài)長(zhǎng)周期模態(tài)的運(yùn)動(dòng)縱向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征在飛行過(guò)程中，駕駛員對(duì)這兩種運(yùn)動(dòng)模態(tài)的感覺(jué)和要求是不同的。對(duì)于短周期模態(tài)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)迎角、俯仰運(yùn)動(dòng)角速度變化快，駕駛員往往來(lái)不及反應(yīng)并予以制止，因而影響到飛行安全、乘員的舒適和操縱反應(yīng)特性等，所以對(duì)這種模態(tài)提出的要求較高。縱向擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的模態(tài)及其特征在主操縱處于松浮狀態(tài)或固定狀態(tài)時(shí)，在相應(yīng)于飛機(jī)形態(tài)的失速速度與最大允許速度之間產(chǎn)生的任何短周期振蕩，必須受到重阻尼。對(duì)于長(zhǎng)周期模態(tài)，因?yàn)樗袷幹?/p>