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縱向穩定性
鎖定
- 中文名
- 縱向穩定性
- 外文名
- longitudinal stability
目錄
縱向穩定性簡介
為了使飛機具有縱向穩定性,飛機的重心必須位於焦點之前。飛機的焦點是飛機迎角改變時,飛機附加升力的作力點。在亞音速情況下,飛機焦點位置不隨迎角變化而變化
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。對目前常用的翼型來説,亞音速時焦點位於離翼型前緣22%~25%弦長處,而在超音速時焦點的位置離翼型前緣則增加到40%~50%弦長處
[3]
。焦點在重心之後,是飛機平尾的貢獻,因此,飛機的縱向穩定性主要由平尾提供。
[2]
飛機的重心位置對飛機縱向穩定性的影響也很大。重心越靠前,縱向穩定性越強。但重心靠前,飛機的配平阻力增大,同時要求機翼產生更大的升力。
縱向穩定性飛機重心及焦點相互位置影響
飛機重心和飛機焦點之間的相互位置,決定了飛機是否具有縱向穩定性,如右圖2。若飛機重心位於其焦點之前,則在飛機受到外界擾動後,例如迎角增加了
,那麼在飛機的焦點上,就會產生一個向上的升力增量
,它對飛機重心形成使機頭下俯的穩定力矩,使飛機具有逐漸消除
而自動回覆到原來平衡迎角的情況,即飛機是穩定的。
反之,若飛機重心位於其焦點之後,升力增量對飛機重心所形成的是不穩定的上仰力矩,使飛機迎角越來越大而沒有恢復到原來平衡迎角的情況,因此飛機是不穩定的。由此,可以得出一個重要結論:飛機的重心若位於飛機焦點之前,飛機具有縱向穩定性,飛機重心位於飛機焦點之後,則飛機便失去縱向穩定性。
[3]
縱向穩定性提高縱向穩定性
對滑翔機來説,影響其縱向穩定性的因素很多,主要有以下幾個方面
縱向穩定性水平尾翼面積和尾力臂
增大水平尾翼面積和增長尾力臂,有利於提高滑翔機的縱向穩定性。
式中:
代表縱向穩定係數(俯仰穩定係數),
代表水平尾翼面積,
代表機翼面積,
代表尾力臂,
代表機翼平均翼弦。
尾力臂一般指從重心到水平尾翼距前緣1/4翼弦的距離。國際級牽引模型滑翔機的縱向穩定係數在0.7~0.8。從上面公式便可看出,在機翼面積及機翼平均翼弦不變情況下,增大水平尾翼面積以及增長尾力臂都可以增大縱向穩定係數,即提高飛機縱向穩定性。
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縱向穩定性縱向穩定度
縱向穩定度是指滑翔機單位升力係數變化時俯仰力矩係數的變化量,能比較全面地衡量滑翔機的縱向穩定性。
近似計算公式為
式中:
表示俯仰穩定度,負值表示穩定;
表示重心到焦點的距離,重心在焦點前為正值,在焦點後為負值,單位:cm;
表示機翼弦長,單位:cm;
表示重心與焦點在垂直方向上的距離,重心在焦點下面為正值,在焦點上面為負值,單位:cm;
表示升力係數;
表示為無升力迎角,不對稱翼型通常是負值。
從上式中可以看到,它比用俯仰穩定係數要全面得多,例如重心位置前,俯仰穩定性好等。
由於牽引模型滑翔機大多數不採用高單翼,可以近似地認為重心與焦點在一個平面上,
為0,因此上式也可以改寫成
。
這樣可以大大地方便牽引模型滑翔機作俯仰穩定度的升降。