[科普中國(guó)]-方向操縱性

概念

飛機(jī)的操縱性是指飛行員的操縱動(dòng)作(如推、拉駕駛桿等)改變飛行姿態(tài)的性能，它主要是通過(guò)飛機(jī)上的三個(gè)操縱面：升降舵、方向舵和副翼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。飛行員操縱飛機(jī)時(shí)，手腳的操縱動(dòng)作與飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是一致的。符合人體運(yùn)動(dòng)的本能習(xí)慣。

飛機(jī)操縱性包括俯仰操縱性、橫側(cè)操縱性和方向操縱性。

飛機(jī)的方向操縱性是指飛行員蹬踏左、右腳蹬時(shí)，飛機(jī)相應(yīng)改變飛行方向的特性．它是通過(guò)偏轉(zhuǎn)方間舵使飛機(jī)統(tǒng)機(jī)體豎軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)飛行員蹬踏左腳蹬時(shí)．方向舵向左偏轉(zhuǎn)，此時(shí)垂直尾翼上產(chǎn)生右向的附加升力，對(duì)機(jī)體重心形成逆時(shí)針操縱力矩，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)；反之．當(dāng)飛行員蹬踏右腳蹬時(shí)．方向舵向右偏轉(zhuǎn)，此時(shí)垂直尾翼上產(chǎn)生左方向的附加升力，對(duì)機(jī)體重心形成順時(shí)針操縱力矩，使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)。2

飛機(jī)的方向操縱性，就是在飛行員操縱方向舵后，飛機(jī)繞立軸偏轉(zhuǎn)而改變其側(cè)滑角等飛行特性。與俯仰角相似，在直線飛行中，每一個(gè)腳蹬位置，對(duì)應(yīng)著一個(gè)側(cè)滑角，蹬右舵，飛機(jī)產(chǎn)生左側(cè)滑；蹬左舵，飛機(jī)產(chǎn)生右側(cè)滑。方向舵偏轉(zhuǎn)后，同樣產(chǎn)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(zhuǎn)角不變。方向舵偏轉(zhuǎn)角越大，氣動(dòng)動(dòng)壓越大，蹬舵力越大。3

影響因素飛機(jī)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(jī)操縱性的因素有飛機(jī)重心位置的前后移動(dòng)、飛行的速度、飛行高度、迎角等。平飛、上升和下降指的是飛機(jī)既不帶傾斜也不帶側(cè)滑的等速直線飛行。這也是飛機(jī)最基本的飛行狀態(tài)。飛機(jī)平飛、上升和下降性能是飛機(jī)最基本的飛行性能。如，平飛最大速度、平飛最小速度、最大上升角、最大上升率，升限、最小下降角、最大下降距離等，這些都是飛行員首先要學(xué)習(xí)和掌握的。3

飛機(jī)操縱性的好壞與飛機(jī)的穩(wěn)定性之間存在著一定的排斥關(guān)系。如果飛機(jī)的焦點(diǎn)(飛機(jī)迎角改變時(shí)，附加升力的著力點(diǎn))位置過(guò)于靠后．飛機(jī)的穩(wěn)定性很好，因此飛機(jī)抵抗飛行狀態(tài)變化的力和力矩會(huì)很大，飛機(jī)對(duì)飛行員操縱的響應(yīng)就會(huì)很慢，飛機(jī)的操縱性也就不好：反之，飛機(jī)的焦點(diǎn)靠前，穩(wěn)定性變差，飛機(jī)對(duì)操縱的響應(yīng)變得靈敏，操縱特性變好?，F(xiàn)代民用飛機(jī)都要求具有足夠的穩(wěn)定性和良好的操縱性。4

基本原理飛行中通過(guò)操縱方向舵改變側(cè)滑角的基本原理同操縱升降舵改變飛機(jī)迎角的原理基本類似。飛行員通過(guò)蹬右舵，操縱方向舵向右偏轉(zhuǎn)，垂直尾翼上產(chǎn)生向左的附加氣動(dòng)力，它對(duì)飛機(jī)重心產(chǎn)生的力矩打破了原有的方向平衡，使飛機(jī)機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)。機(jī)頭右偏，產(chǎn)生左側(cè)滑，由左側(cè)滑引起的方向穩(wěn)定力矩有使飛機(jī)機(jī)頭左偏的趨勢(shì)。開始時(shí)，由于操縱力矩大于方向穩(wěn)定力矩，飛機(jī)機(jī)頭繼續(xù)左偏。隨著側(cè)滑角的增加，方向穩(wěn)定力矩增加，當(dāng)方向穩(wěn)定力矩和操縱力矩相等時(shí)，飛機(jī)穩(wěn)定在一個(gè)新的較大的側(cè)滑角上?？梢?，在不帶滾轉(zhuǎn)的直線飛行中，每一個(gè)腳蹬位置對(duì)應(yīng)著一個(gè)側(cè)滑角。蹬右舵，飛機(jī)產(chǎn)生左側(cè)滑。蹬左舵，飛機(jī)產(chǎn)生右側(cè)滑。類似于升降舵的偏轉(zhuǎn)，方向舵偏轉(zhuǎn)后也會(huì)產(chǎn)生方向鉸鏈力矩，飛行員需用力蹬舵才能保持方向舵偏轉(zhuǎn)角不變。方向舵偏轉(zhuǎn)角越大，氣流動(dòng)壓越大，蹬舵力就越大。1

方向操縱性和橫側(cè)操縱性的關(guān)系飛機(jī)的方向操縱性和橫側(cè)操縱性與方向安定性和橫側(cè)安定性一樣，也是互相聯(lián)系和相互影響的。

分析飛機(jī)方向操縱性時(shí)，我們假設(shè)飛機(jī)是無(wú)滾轉(zhuǎn)的。而在分析橫側(cè)操縱性時(shí)，又假設(shè)飛機(jī)是無(wú)側(cè)滑的，目的是為了便于問(wèn)題的分析。然而在實(shí)際飛行中，側(cè)滑和滾轉(zhuǎn)常常是同時(shí)出現(xiàn)的。

例如，飛行員蹬左舵，飛機(jī)向左偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右側(cè)滑時(shí)，由于機(jī)翼上反角和后掠角的作用，右翼升力比左翼的大，形成橫側(cè)安定力矩，使飛機(jī)向左滾轉(zhuǎn)。同理，蹬右舵，飛機(jī)產(chǎn)生左側(cè)滑時(shí)，飛機(jī)向右滾轉(zhuǎn)。

又如，飛行員向左壓盤，飛機(jī)向左滾轉(zhuǎn)，在升力和重力的合力作用下，飛機(jī)向左做曲線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生左側(cè)滑。在左側(cè)滑中，相對(duì)氣流從飛機(jī)左前方吹來(lái)，在垂直尾翼上產(chǎn)生向右的空氣動(dòng)力，對(duì)重心形成向左的方向安定力矩，使飛機(jī)向左偏轉(zhuǎn)。同理，向右壓盤，產(chǎn)生右側(cè)滑，飛機(jī)在向右滾轉(zhuǎn)時(shí)，還向右偏轉(zhuǎn)。

可見，只蹬舵，飛機(jī)不儀繞立軸偏轉(zhuǎn)，同時(shí)還會(huì)繞縱軸滾轉(zhuǎn)；只壓盤，飛機(jī)不僅繞縱軸滾轉(zhuǎn)，同時(shí)還會(huì)繞立轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)。就是說(shuō)，無(wú)論蹬舵或壓盤，都能造成飛機(jī)的偏轉(zhuǎn)和滾轉(zhuǎn)。知道這種關(guān)系很有用處，如大迎角飛行時(shí)，橫側(cè)操縱性變差，這時(shí)可用蹬舵來(lái)改變或修正飛機(jī)的坡度。又如在飛行中，如果方向舵或副翼中任意一個(gè)失去效用時(shí)，仍然可操縱飛機(jī)轉(zhuǎn)彎。

所以，研究飛機(jī)的方向操縱性和橫側(cè)操縱性時(shí)，應(yīng)結(jié)合起來(lái)研究。方向操縱性和橫側(cè)操縱性總合起來(lái)又叫飛機(jī)的側(cè)向操縱性。5