VI-810423机翼的后掠角对飞机的方向稳定性也有一定的作用．从图4-1.7(b)可以看到,当有正侧滑角尸存在,气流从飞机的右前方吹来时,由于机翼有后掠角,流过右侧机翼、垂直机翼前缘而产生气动力的气流速度大于左侧机翼的速度。这样,不但右侧机翼上的升力大于左侧机翼的升力,右侧机翼上的阻力也大于左侧机翼的阻力。两侧不平衡的阻力会使机头对准来流,消除侧滑角。另外)机体的侧向迎风面积出对飞机的方向稳定性有一定的影响．

静稳定力矩、惯性力矩和气动阻尼力矩,横侧向静稳定力矩是指由于侧滑角尸而产生的恢复力矩,在4.5飞机的横侧向静稳定性一节中已经讲到。

惯性力矩是指当飞机绕纵轴、立轴加速转动时,由于飞机的转动惯量而产生的使飞机维持继续转动的力矩,其大小与飞机结构尺寸、质量大小及分布等囚素有关。

气动阻尼力矩是指由于在扰动运动过程中出现滚转运动和偏航运动时,作用在飞机上的气动力产生的阻尼力矩。

当飞祝绕纵轴转动,各部件上的气动力分布发生变化,从而产生了绕纵轴的滚转力矩。比如,当飞机绕纵轴向右滚转,首先,左翼向上运动,使流过左翼气流迎角减小,升力减小;右翼向下运动,使流过右翼气流迎角增大,升力增加,左右机翼升力不平衡,产生了使飞机绕纵轴向左滚转的力矩。其次,当飞机向右滚转时,垂直尾翼也会向右下方运动,使流过垂尾的气流产生了向右偏的迎角,垂尾两侧面气动力不平衡,产生了指向左侧气动力。由于气动力作用点沿立轴方向至飞机纵轴有一定距离,此气动力也产生了使飞机绕纵轴向左滚转的力矩。同样,也可以分析,当飞机向左滚转时,飞机机翼、垂尾部件上的气动力发生变化,就会产生使飞机向右滚转的力矩。由此可见,一旦飞机出现滚转运动,机体上附加气动力产生的滚转力矩总是与已经存在的滚转运动方向相反,是阻尼力矩。

当飞机绕立轴转动时,各部件上的气动力分布也会发生变化,从而产生了绕立轴的偏航力矩。比如,当飞机绕立轴向左偏转,首先,垂尾相对气流向右运动,使流过垂尾的气流产生了向右偏的迎角,垂尾两侧面气动力不平衡,产生指向左侧的气动力,此气动力对飞机重心产生偏航力矩,使飞机绕立轴向右偏转;其次,当飞机绕立轴向左偏转时,左机翼向后运动,相对气流速度减小,阻力减小,右机翼向前运动,相对气流速度增加,阻力增大,两侧机翼阻力不平衡,也对飞机立轴产生向右转动的偏航力矩。同样,可以分析,当飞机向右偏转时,垂尾、机翼产生的偏航力矩会使飞机向左偏转。由此可见,一旦飞机出现偏航运动,机体上附加气动力产生的偏航力矩总是与已经存在的偏航运动方向相反,也是阻尼力矩。

从以上分析可以看到,当飞机在扰动运动中出现滚转、偏航运动时,机翼、垂直尾翼部件上的气动力变化就会产生与已有的滚转、偏航运动方向相反、起阻尼作用的力矩,这就是气动阻尼力矩。由滚转运动引起的气中,机翼起主要作用;由偏航运动引起动阻尼力矩中,垂直尾翼起主要作用．

交叉力矩是指由滚转运动引起的偏航力矩和由偏航运动引起的滚转力矩。

比如,当飞机绕纵轴转动向右横滚时,首先,左机翼迎角减小,阻力减小;右机翼迎角增大,阻力增加,两侧机翼不平衡的阻力产生使机头向右偏转的偏航力矩。其次,当飞机向右滚转时,垂直尾翼也会向右下方运动,使流过垂尾的气流产生向右偏的迎角,垂尾两侧面气动力不平衡,产生指向左侧的气动力,此气动力也产生使机头向右偏转的偏航力矩。这就是由滚转运动引起的偏航力矩,是一种交叉偏航力矩。

当飞机绕立轴向左偏航时,首先,垂尾相对气流向右运动,使流过垂尾的气流产生向右偏的迎角,垂尾两侧面气动力不平衡,产生指向左侧的气动力,由于气动力作用点沿立轴至飞机纵轴有一定的距离,故产生使飞机绕纵轴向左横滚的滚转力矩。其次,当飞机向左偏航时,左机翼气流相对速度减小,升力减小;右机翼气流相对速度加大,升力增加,两侧机翼不平衡的升力也产生使飞机绕纵轴向左横滚的滚转力矩。这就是由偏航运动引起的滚转力矩,是一种交叉滚转力矩。

扰动消失后,飞机在恢复原飞行姿态而产生的扰动运动中受到静稳定力矩、惯性力矩、气动阻尼力矩和交叉力矩的共同作用,扰动运动的情况就和影响这些力矩的各种因素有关。

横侧向扰动运动的三种模态及特性

滚转收敛模态是一种非周期性的、衰减很快的运化,而侧滑角卩和偏航角ψ的变

化很小,可以忽略不计。这是一种近似单纯的绕飞机纵轴的滚转运动。因为飞机滚转惯性较小,而滚转阻尼力矩较大,所以这种滚转运动衰减很快(滚转角γ随时间的变化如图4-19所示),可以看成是一种衰减很快的滚转运动。一般飞机都能满足此模态的稳定性要求。

螺旋旋模态运动中,侧滑角近似叉时间)滚转收敛模态为零,偏航角ψ大于滚转角γ,所以螺旋模态运动主要是略带滚转、侧滑角近似为零的偏航运动,如图4-20所示。

飞机的方向静稳定性远大于侧向静稳定性时,会出现这种不稳定模态。当方向静稳定性过大时,一旦飞机受到扰动发生滚转和侧滑,过大的方向静稳定性会使侧

滑角很快得到修正,机头很快对准气流,并且在对准气流的偏航运动中产生较大的交叉滚转力矩,这一力矩和侧滑角引起的侧向静稳定力矩方向相反。当交叉滚转力矩大于侧向稳定力矩时,滚转不但得不到纠正,还会继续加大。滚转得不到纠正会使飞机机头继续对准来流,向倾斜的一侧偏转。结果,便产生了机身向一侧倾斜,机头下沉并不断对准来流的沿螺旋线航迹盘旋下降的螺  图4-20飞机螺旋运动旋发散运动(见图4-20)。这种运动模态的各种运动参数变化比较缓慢,驾驶员都来得及纠正,所以不会对飞行安全带来重大危害。

荷兰滚模态率较快(为几秒)的中等阻尼的横向―航向组合振荡,如图4-21所示。

荷兰滚模态运动中,飞角、滚转角γ和偏航矽的量级相同(而b和t的数值更为接近),而滚转、偏航运动的速度较小。各运动参数都随时间按振荡方式周期变化,形成飞机一面来回滚转,一面左右偏航,同时带有侧滑的振荡运动,即荷兰滚运动(见图4-21)。

当侧向静稳定性过大时,一旦飞机受到扰动,产生滚转和侧滑,过大的侧向静稳定性会使滚转很快得到修正,机翼复平,而方向静稳定性却来不及修正侧滑,使机头对准来流。也就是说,机翼已复平时,飞机仍绕立轴转动继续在消除侧滑角。飞机复平后,较大的滚转运动速度产生的惯性力矩和侧滑存在引起的侧向静稳定力矩使飞机向相反一侧滚转,造成向相反一侧的侧滑,接着侧向静稳定性又使飞机在来不及修正侧滑时向另一侧滚转复平,如此反复,使飞机进人一面滚转,一面左右偏航,同时带有侧滑的荷兰滚不稳定运动。所以,.侧向静稳定性与方向静稳定性相比较大时,飞机易产生荷兰滚不稳定。

当发生荷兰滚不稳定时,由于振荡频率较高、周期较短,飞机会以逐渐增大的振幅迅速左右摇晃。驾驶员对这种高频率振荡很难加以控制,所以荷兰滚模态不稳定会影响飞行安全和飞行任务的完成,在三种模态中最受重视。CCAR-25部规定:任何横向一航向组合振荡(荷兰滚),在操纵松浮情况下，都必须受到正阻尼。

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