【機型知識】固定翼飛機的飛行原理（二）

作者：由環球低空發表于收藏時間：2022-01-06

飛機能自由地飛行在空中，靠的是飛行員對飛機正確的操控。飛行員操作飛機，就是運用油門、杆、舵改變飛機的空氣動力和力矩，從而改變飛行狀態。為了解飛機的操作原理我們就需要知道飛機的平衡、安定性和操作性等相關知識。下面從這三方面開始簡要講解飛機的飛行操作原理。

為了讓大家理解其中的術語，我們先介紹一些基礎知識：飛機的重心和飛機的座標軸。

飛機的重心：飛機的各部件燃料、乘員、貨物等重力之和是飛機的重力，飛機重力的著力點叫做飛機重心。

飛機的座標軸也叫機體軸是以機體為基準，透過飛機重心的三條相互垂直的座標軸。

一、飛機的平衡、安定性和操作性

（一）飛機的平衡是指作用於飛機的各力之和為零，各力重心所構成的各力矩之和也為零。飛機處於平衡狀態時，飛機速度的大小和方向都保持不變，也不繞重心轉動。飛機的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和橫側平衡。

①飛機的俯仰平衡是指作用於飛機的各俯仰力矩之和為零。飛機取得平衡後，不繞縱軸轉動，迎角保持不變。作用於飛機的俯仰力矩很多，主要有：機翼力矩、水平尾翼力矩及拉力（推力）力矩。

影響俯仰平衡的因素：加減油門，收放襟翼、收放起落架和重心變化等。飛行中，影響飛機俯仰的因素是經常存在的。為了保持飛機的俯仰平衡，飛行員可前後移動駕駛杆偏轉升降舵或使用調整片，產生操縱力矩，來保持力矩的平衡。

②飛機的方向平衡是作用於飛機的各偏轉力矩之和為零。飛機取得方向平衡後，不繞立軸轉動，側滑角不變或沒有側滑角。

影響飛機方向平衡的因素：飛機一邊機翼變形，左右兩翼阻力不等；多發動機飛機，左右兩邊發動機工作狀態不同，或者一邊發動機停車，從而產生不對稱拉力；螺旋槳發動機，油門改變，螺旋槳滑流引起的垂直尾翼力矩隨之改變。飛機的方向平衡受破壞時最有效的克服方法就是適當蹬舵或使用方向舵調整片，利用偏轉方向舵產生的方向操縱力矩來平衡使機頭偏轉的力矩，從而保持飛機的方向平衡。

③飛機的橫側平衡是作用於飛機的各滾轉力矩之和為零。飛機取得橫側平衡後，不繞縱軸滾轉，坡度不變或沒有坡度。作用於飛機的滾轉力矩，主要有兩翼升力對重心形成的力矩：螺旋槳旋轉時的反作用力矩。

影響飛機的橫側平衡：飛機一邊機翼變形，兩翼升力不等；螺旋槳發動機，油門改變，螺旋槳反作用力矩隨之改變；重心左右移動（如兩翼油箱耗油量不等），兩翼升力作用點至重心的力臂改變，形成附加滾轉力矩。飛機的橫側平衡受破壞時，飛行員保持平衡最有效的方法就是適當左右壓駕駛杆或使用副翼調整片，利用偏轉副翼產生的橫側操縱力矩來平衡使飛機滾轉的力矩，以保持飛機的橫側平衡。飛機的方向平衡和橫側平衡是相互聯絡、相互依賴的，方向平衡受到破壞，如不修正就會引起橫側平衡的破壞。

（二）飛機的安定性就是飛行中，當飛機受微小擾動（如陣風、發動機工作不均衡、舵面的偶爾偏轉等）而偏離原來的平衡狀態，並在擾動消失後，不經飛行員操縱，飛機自動恢復原來平衡狀態的特性。飛機的安定性包括：俯仰安定性、方向安定性和橫側安定性。

飛機安定性的的強弱，一般由擺動衰減時間、擺動幅度、擺動次數來衡量。當飛機受到擾動後，恢復原來平衡狀態時間越短，擺動幅度越小，擺動次數越少，飛機的安定性就越強。

飛機安定性的強弱，主要取決於飛機的重心位置、飛行速度、飛行高度和迎角的變化。

（三）飛機除應有必要的安定性外，還應有良好的操作性，這樣才能保證飛行員有意識的飛行。

飛機的操作性是隻指飛機在飛行員操縱升降舵、方向舵和副翼下改變其飛行狀態的特性。操縱動作簡單、省力，飛機反應快，操作性就好，反之則不。飛機的操縱性同樣包括俯仰操縱性、方向操縱性和橫側操縱性。

①飛機的俯仰操縱性是飛行員操縱駕駛杆使升降舵偏轉之後，飛機繞橫軸轉動而改變迎角等飛行狀態的特性。在直線飛行中，飛行員向後拉駕駛杆，升降舵向上偏轉一個角度，在水平尾翼上產生向下的附升力，對飛機重心形成俯仰操作力矩，迫使機頭上仰，迎角增大。駕駛杆前後的每個位置對應著一個迎角或飛行速度。

飛行中，升降舵偏轉角越大，氣流動力越大，升降舵上的空氣動力也越大，從而樞軸力矩也越大，所需杆力（飛行員操縱駕駛杆所施加的力）也越大。在模擬飛行中，如果使用微軟的力回饋搖桿這種力可以體驗到。

②飛機的方向操縱性，就是在飛行員操縱方向舵後，飛機繞立軸偏轉而改變其側滑角等飛行特性。與俯仰角相似，在直線飛行中，每一個腳蹬位置，對應著一個側滑角，蹬右舵，飛機產生左側滑；蹬左舵，飛機產生右側滑。

方向舵偏轉後，同樣產生方向舵樞軸力矩，飛行員需要用力蹬舵才能保持方向舵偏轉角不變。方向舵偏轉角越大，氣動動壓越大，蹬舵力越大。

③飛機的橫側操縱性是指在飛行員操縱副翼後，飛機繞縱軸滾轉而改變滾轉角速度、坡度等飛行狀態的特性。比如：飛行員向左壓駕駛盤，右副翼下偏，右翼升力增大，左副翼上偏，左翼升力減小，兩翼升力之差，形成橫側操縱力矩，使飛機向左加速滾轉。在橫側操縱中，駕駛盤左右轉動的每一個位置，都對應著一個滾轉角速度。駕駛盤左右轉動的角度越大，滾轉角速度越大。如果飛行員要想保持一定的坡度，就必須在接近預定坡度時將盤迴到中立位置，消除橫側操縱力矩，在橫側阻轉力矩的阻止下，使滾轉角速度消失。有時，飛行員甚至可以向飛機滾轉的反方向壓一點駕駛盤，迅速制止飛機滾轉，使飛機準確地達到預定飛行坡度。

飛機的操縱性不是一成不變的，它要受到許多因素的制約，影響飛機操縱性的因素有飛機重心位置的前後移動、飛行的速度、飛行高度、迎角等。