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飛行員航空知識手冊 航空知識手冊全集

時間:2011-04-08 11:31來源:網絡 作者:航空 點擊:


那么就可以得出結論,隨著重心向升力中心的前面移動,尾部向下的空氣動力,結果是飛機總是試圖恢復到安全飛機姿態。
縱向穩定性的簡單演示如下:把飛機配平到不用控制的平飛狀態。然后快速的控制飛機頭輕微的向下壓。如果在短暫的時間內,機頭抬升到原來的位置然后停止,飛機就是靜態穩定的。一般的,機頭會通過原來的位置,連續的慢速俯仰起伏隨之而來。如果起伏逐漸停止,即飛機有正的穩定性;如果繼續不穩定,那么飛機就有中性穩定性;如果起伏增加,那么飛機是不穩定的。


橫向穩定性(側滾)
沿機頭到尾部的縱軸的穩定性稱為飛機的橫向穩定性。當一邊的機翼比另一邊的機翼低時,這可以幫助穩定側面傾斜或者側滾效果。有四個主要的因素使飛機保持橫向穩定:上反角,傾覆效應,后掠角和重力分布。
引起橫向穩定性的最通常步驟是構造機翼有1-3度的上反角。換句話說,飛機每一邊的機翼和機身形成一個窄的V字型,或者叫上反角。它是通過位于平行于橫軸的直線之上的機翼形成的角度來度量。
當然,側滾穩定性的基礎是機翼產生力的橫向平衡。升力的任何不平衡都導致飛機縱軸側滾的趨勢。也就是說,上反角引起升力的平衡,這些升力由飛機縱軸兩邊的機翼產生。
如果短暫的陣風使飛機的一個機翼上升,另外一個機翼較低,飛機就會傾斜。當飛機不是轉彎的傾斜時,它會側滑或者超機翼較低的側面下滑。圖3-17

因為機翼有上反角,空氣沖擊較低一側的機翼的迎角比較高一側的機翼大得多。這樣,較低一側的機翼的升力就增加,高一側的機翼升力就降低,飛機趨于恢復到最初的橫向平衡狀態(機翼水平)-即兩個機翼的迎角和升力又一次相等。
上反角的效果是產生一個側滾力矩,在發生側滑時這個力矩趨于使飛機恢復到橫向平衡飛行條件。恢復力會把較低一側的機翼向上移動很多,導致另一側的機翼向下。如果這樣的話,這個過程會重復下去,每一次橫向擺動幅度降低,直到最終達到了機翼水平飛行的平衡。
相反地,過大的上反角對橫向機動特性是不利的。飛機會橫向非常穩定,以至于它會阻抗任何有意識的側滾運動。出于這個原因,要求快速側滾或者傾斜特性的飛機通常其上反角比那些較少機動性設計的飛機上反角小。
由于后掠角影響的本性,它對上反角效果的影響是重要的。在側滑時,風中的機翼后掠角實際減小,而外側的機翼后掠角實際增大。掠翼只對垂直于機翼前緣的風分量敏感。從而,如果機翼工作在正升力系數,風中的機翼升力增加,風外的機翼升力降低。如此,后掠翼會促進正上反角效果,而前掠翼會促進負上反角效果。
飛行中,機身的側面區域和垂直尾翼對氣流的反作用非常類似于船的龍骨。它對飛機的縱軸施加一個穩定的橫向影響。
建造如此橫向穩定的飛機,以至于龍骨區域的絕大部分在重心的后面上方。圖3-18

這樣,當飛機朝一邊側滑時,飛機的重量和反抗龍骨區域上部的氣流壓力(都作用于重心)的合力趨于使飛機側滾回到機翼水平的飛行狀態中。
垂直穩定性(偏航)
飛機的垂直軸(側向力矩)穩定性稱為偏航或者方向穩定性。偏航或者方向穩定性在飛機設計中是更加容易實現的穩定性。垂直尾翼的面積和重心之后的側面起主要的作用,它使得飛機就向熟悉的風向標或者箭一樣使機頭指向相對風方向。
在考查風向標時,可以看到如果支點的前后迎風的面積大小是相同的,那么結果是前后的力平衡,指向運動很小或者基本沒有。所以,就必須讓支點后面的面積比前面的面積大得多。在飛機中也類似,設計者必須確保正的方向穩定性,方法是適重心之后的側面積比重心之前的側面積大得多。如圖3-19

為了在機身之外提供更多得正穩定性,增加了一個垂直尾翼。垂直尾翼得作用類似于箭上維持直飛的羽毛。和風向標和箭一樣,垂直尾翼的位置越靠后,面積越大,飛機的方向穩定性就越強。

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