飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight飞机的平衡、稳定性与操纵性飞机的平衡、稳定性与操纵性第四章第四章飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight飞机飞行状态的变化，归根到底，都是飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力 矩力和力 矩作用的结果。作用的结果。飞机的平衡、稳定 性和操纵性是阐述 飞机飞机的平衡、稳定 性和操纵性是阐述 飞机在力和力矩的 作用下，飞机状态 的保持和改变的基 本原理。在力和力矩的 作用下，飞机状态 的保持和改变的基 本原理。4 飞机的平衡、稳定性与操纵性4 飞机的平衡、稳定性与操纵性飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight本章主要内容本章主要内容4.1 飞机的平衡飞机的平衡4.2 飞机的稳定性飞机的稳定性4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性4 飞机的平衡、稳定性与操纵性4 飞机的平衡、稳定性与操纵性飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight附注：飞机的坐标系附注：飞机的坐标系 机体坐标系 机体坐标系4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡 气流坐标系 气流坐标系飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight 附注：飞机的坐标坐标系附注：飞机的坐标坐标系横轴横轴(transverse axis) yb(或或y) 垂直于飞机对称面，指向右 方；垂直于飞机对称面，指向右 方； 竖轴竖轴(normal axis) zb(或或z) 位 于飞机对称平面内垂直于纵 轴位 于飞机对称平面内垂直于纵 轴xb指向下方。指向下方。(1) 机体坐标系机体坐标系(body axis system) Oxbybzb或或Oxyz（简称（简称Sb） 固定在飞机上的坐标轴系，原点） 固定在飞机上的坐标轴系，原点O通常位于飞机的重心；通常位于飞机的重心；纵轴纵轴(longitudinal axis)xb(或或x)位于飞机对称平面（参考面）内，沿结 构纵轴指向前（通常规定纵轴平行于机身轴线或翼弦线）；位于飞机对称平面（参考面）内，沿结 构纵轴指向前（通常规定纵轴平行于机身轴线或翼弦线）；4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡发动机推力一般按机体坐标系 给出；飞机转动方程通常在该 坐标系中建立。发动机推力一般按机体坐标系 给出；飞机转动方程通常在该 坐标系中建立。飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight机体坐标系机体坐标系(body axis system) Oxbybzb或或Oxyz（简称（简称Sb） 固定在飞机上的坐标轴系，原点） 固定在飞机上的坐标轴系，原点O通常位于飞机的重心；通常位于飞机的重心；4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flightbbb机体坐标系机体坐标系(body axis system) Oxbybzb或或Oxyz（简称（简称Sb） 固定在飞机上的坐标轴系，原点） 固定在飞机上的坐标轴系，原点O 通常位于飞机的重心；通常位于飞机的重心；4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight(2) 气流坐标系气流坐标系(air-path axis system) Oxayaza（简称（简称Sa）图）图1-4气流坐标系气流坐标系 (air-path axis system) Oxayaza原点原点O通常固定于飞 机的重心；其通常固定于飞 机的重心；其xa轴沿 飞机的飞行速度矢量轴沿 飞机的飞行速度矢量 VA方向，指向前 方；方向，指向前 方；za轴位于飞机对 称平面内垂直于轴位于飞机对 称平面内垂直于xa 轴，指向下方；轴，指向下方；ya轴 垂直于轴 垂直于xa轴和轴和za轴， 指向右方。轴， 指向右方。VAxazaya4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡作用在飞机上的空气动力一般按气流坐标系给出作用在飞机上的空气动力一般按气流坐标系给出飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight机体坐标系机体坐标系Oxbybzb与气流坐标系与气流坐标系Oxayaza的关系的关系4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight气流坐标系和机体 坐标系的原点都在 飞机质心上，它们 之间的关系由气流坐标系和机体 坐标系的原点都在 飞机质心上，它们 之间的关系由迎角迎角 和和侧滑角侧滑角来规定， 如图所示。来规定， 如图所示。侧滑角侧滑角(angle of side-slip)飞行速度与飞机参考面的夹角。当飞行速度 沿横轴的分量为正值时侧滑角为正。飞行速度与飞机参考面的夹角。当飞行速度 沿横轴的分量为正值时侧滑角为正。迎角迎角(angle of attack) 飞行速度飞行速度VA在飞机参考面上的投影与纵轴的夹角。 当飞行速度沿竖轴的分量为正值时迎角为正。在飞机参考面上的投影与纵轴的夹角。 当飞行速度沿竖轴的分量为正值时迎角为正。机体坐标系机体坐标系Oxbybzb与气 流坐标系与气 流坐标系Oxayaza的关系的关系4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight 4.1 飞机的平衡飞机的平衡纵轴纵轴横滚运动 （横向运动）横滚运动 （横向运动）4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡longitudinal axis:xb-roll飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight 4.1 飞机的平衡飞机的平衡横轴横轴俯仰运动俯仰运动4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡Lateral axis: yb-Pitch飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight4.1 飞机的平衡飞机的平衡立轴立轴航向运动 （偏转运动）航向运动 （偏转运动）4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡Vertical axis: zb- Yaw飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight4.1 飞机的平衡飞机的平衡4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight横轴横轴纵轴纵轴立轴立轴俯仰俯仰滚转滚转偏转偏转机体轴及对应转动机体轴及对应转动4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡(横向)(航向)(横向)(航向)飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of FlightI. 绕横轴（绕横轴（Oy轴）的转动称为俯仰转动轴）的转动称为俯仰转动注：角速度和力矩均按右手螺旋法则判定正负注：角速度和力矩均按右手螺旋法则判定正负yb4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡+ +飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight II.绕立轴（绕立轴（Oz轴）的转动称为偏转轴）的转动称为偏转zb+ +注：角速度和力矩 均按右手螺旋法则 判定正负注：角速度和力矩 均按右手螺旋法则 判定正负4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of FlightIII.绕纵轴（绕纵轴（Ox轴）的转动称为滚转轴）的转动称为滚转xb4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡注：角速度和力矩 均按右手螺旋法则 判定正负注：角速度和力矩 均按右手螺旋法则 判定正负+ +飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight 重心（ 重心（Center of Gravity）飞机各部件、 燃料、乘员、 货物等重力的 合力，叫飞机 的重力。飞机 重力的着力点 叫做飞机重心。飞机各部件、 燃料、乘员、 货物等重力的 合力，叫飞机 的重力。飞机 重力的着力点 叫做飞机重心。4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight要找到重心所在位置应先选定参考点要找到重心所在位置应先选定参考点(基准基准)重心计算的力学原理重心计算的力学原理基准（基准（Datum）是用于标识重心位置的参考点。基准的选定与重心位置无关。好的基准位置可简化计算结果。）是用于标识重心位置的参考点。基准的选定与重心位置无关。好的基准位置可简化计算结果。平衡臂确定重心的原理是合力矩定理，即：平衡臂确定重心的原理是合力矩定理，即：一个力系的合力对任意一点的力矩等于各分力对 同一点的力矩之和。一个力系的合力对任意一点的力矩等于各分力对 同一点的力矩之和。合力矩定理合力矩定理4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight平衡臂确定重心的原理是合力矩定理，即：平衡臂确定重心的原理是合力矩定理，即： 一个力系的合力对任意一点的力矩等于各分力对同一点的力矩之和。一个力系的合力对任意一点的力矩等于各分力对同一点的力矩之和。合力矩定理合力矩定理空机空机基准基准总重总重=空机空机+货物货物1 +燃油燃油+货物货物2b货物货物1燃油货物燃油货物2总重总重b b=空机空机 b空空+货物货物1 b1+燃油燃油 b油油+货物货物2 b2b1b2 b空b油4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原理飞行原理Principles of Flight四部分重量和为：四部分重量和为： W=WE+WP+WF+WC 对矩心对矩心O点的力矩和为：（抬头为正）点的力矩和为：（抬头为正） WELE+WPLP+WFLF+WCLC=(WE+WP+WF+WC)X 重心位置距矩心重心位置距矩心O点的距离为：点的距离为： X= （WELE+WPLP+WFLF+WCLC）/(WE+WP+WF+WC)合力矩定理合力矩定理 总重量力矩cg合XWE基准基准WXcgWPWFWClFlPlClE4.1 飞机的平衡4.1 飞机的平衡飞行学院飞行学院 FLIGHT TECHNOLOGY COLLEGE南京航空航天大学飞行原