(4.5.1)--迎角静稳定性课件.ppt

F-16飞机Su-27飞机应用验证边条翼同学们好，今天我们来学习迎角静稳定性。（标题页）*先来看一段视频，这是1903年莱特兄弟的首次飞行，这次飞行完成了世界飞行史上的第一次有动力飞行，实现了人类飞天的梦想，但是他们飞行的最好记录是飞行距离仅260米，飞行时间约1分钟（视频播放，提出问题）。*很巧合的是两个飞机的外形是相似的，在机翼前方都有一个小鸭翼，那么气动布局相同的飞机在性能上为什么差距这么大呢（莱特飞机与歼十飞机，提出问题2）？带着这些问题，进入今天的学习内容“迎角静稳定性”。提出问题*什么是迎角静稳定性呢？它指的是飞机在配平状态下受到扰动，在扰动过程中，迎角偏离原配平状态，在扰动消失瞬间，飞机自动恢复原平衡状态的趋势（概念页，画出关键词）。要理解它的含义，抓住这几个关键词，扰动，迎角和趋势，这是一架处于平衡状态的飞机，迎角为0，如果飞机受到扰动，这个扰动可能是大气扰动，可能是飞行员无意识动杆或者是发动机推力脉动等，扰动使得飞机迎角变化，那么扰动消失瞬间，飞机迎角的变化趋势是什么，是继续增加，是减小恢复原平衡状态，还是就在这个位置不动（手动模型演示）.*飞机的纵向力矩是由升力增量对重心产生的，升力增量的作用点是焦点，可见力矩的大小取决于焦点与重心之间的距离，距离越长，力矩就越大，而力矩的方向则与焦点与重心的相对位置有关，如果焦点位于重心之后，迎角增加后，产生升力增量，对重心形成一个低头力矩，使得迎角具有减小的趋势，具有恢复到原配平状态的趋势，根据定义这种情况下是迎角静稳定的，相反，如果重心位于焦点之后，产生一个抬头力矩，迎角会有一个继续增加的趋势，是迎角静不稳定的，还有一种情况就是重心与焦点重合，此时力矩为零，此时迎角既不会增加也不会减小，这就是迎角中立稳定情况（动画和三种情况出现，焦点与重心位置的影响）。*飞机的纵向力矩是由升力增量对重心产生的，升力增量的作用点是焦点，可见力矩的大小取决于焦点与重心之间的距离，距离越长，力矩就越大，而力矩的方向则与焦点与重心的相对位置有关，如果焦点位于重心之后，迎角增加后，产生升力增量，对重心形成一个低头力矩，使得迎角具有减小的趋势，具有恢复到原配平状态的趋势，根据定义这种情况下是迎角静稳定的，相反，如果重心位于焦点之后，产生一个抬头力矩，迎角会有一个继续增加的趋势，是迎角静不稳定的，还有一种情况就是重心与焦点重合，此时力矩为零，此时迎角既不会增加也不会减小，这就是迎角中立稳定情况（动画和三种情况出现，焦点与重心位置的影响）。*重心是飞机设计中的一个重要参数，在飞行过程中会受到武器发射，燃油消耗，载荷投放等因素影响，但这些因素都是提前设定好的，所以重心一般变化范围不大。焦点主要与飞机气动布局和飞行速度有关，如果气动布局中产生升力的机翼比较靠前的话，那么焦点位置也会靠前，因为升力增量的作用点就是焦点（关系图）。现在我们看一下莱特兄弟设计的飞机，它的气动布局其实是一个鸭式布局，将常规布局中的平尾移到了前面，所以它的焦点位置就比较靠前，甚至在重心的前方（莱特兄弟的飞机），根据迎角静稳定性的判据，可以推断莱特兄弟的飞机是迎角静不稳定的，那么这样的飞机在飞行中受到一点扰动就会失去平衡，是很难飞的，这也是莱特兄弟的飞机为什么飞不久飞不远的原因。回答第一个问题*也正因为如此，在最初飞机的设计中都是迎角静稳定的，即焦点位于重心的后方（一代机，二代机的一些图片），一般都是常规布局飞机。好了，研究的问题是不是到这里就完成了呢，当然不是，人类飞行的脚步没有停止，随着时代的发展，作战需求的不断提高，飞机向着高速高空发展，高机动性，超音速巡航等成为重要特性。那么在这样的发展变化过程中，对迎角静稳定性的设计又提出了什么样的挑战呢？是不是一定要设计成迎角静稳定的*刚才我们说到焦点位置除了与气动布局相关外，还与飞行速度有关，也就是我们之前学过的焦点位置随速度的变化规律，在低速和亚音速时，焦点位置基本不动，随着速度的增加，在跨音速时，焦点位置迅速后移，在超音速时，焦点保持在一个比较靠后的位置，而在这个过程中重心是不变化，这样的变化会带来什么问题，对于一个飞机，如果在亚音速时设计为稳定的，是正合适的，而到了超音速时，就会显得过大，稳定性过强。*事实上是不是这样呢，我们看一下二代机歼七飞机，在亚音速时设计好的稳定性，在高速飞行时过载只有3-4，而三代机在同样速度下过载可以达到8-9，很明显歼七飞机已经不适应了高速飞行时高机动性的军事需求，就是由于在高速时稳定性过强，导致机动性变差了（歼七飞机图片和过载图）。*怎么解决这个问题呢，既然问题是由于稳定性过强引起的，我们能不能大胆的设想一下，将这条线往下移，即焦点位置前移，这就是放宽迎角静稳定性，允许将飞机设计成欠稳定的，