靜穩定度

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更新時間: 2013-09-04

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所謂靜穩定度是指氣動中心到飛機重心的距離,氣動中心在重心之後靜穩定度為正,飛機是靜穩定的;氣動中心在重心之前靜穩定度為負,飛機是靜不穩定的。

   
靜穩定度 -在亞音速飛行狀態

普通飛機的翼身組合體的升力中心在重心稍後的某個距離(靜穩定),這時翼身組合體的升力所產生的負俯仰力矩(機頭向下的力矩),由平尾的下偏,以產生向下的升力來平衡,尾翼的升力從翼身組合體升力中減去,因而使總的升力減少。而且由於飛機的靜穩定特性,飛機有保持原有飛行狀態的趨勢,使飛機的操縱也不靈活。而放寬靜穩定度的飛機,氣動中心可以很靠近重心也可以重合,甚至在重心的前面,飛機的穩定度變得很小甚至不穩定,飛行中主要靠主動控制系統(即自動增穩系統)主動控制相應舵面,保證飛機的穩定性。這時為保持平衡只需要較小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身組合體的正俯仰力矩(機頭向上的力矩)。

  

靜穩定度 -在超音速狀態

無論普通構形的飛機還是放寬靜穩定性的飛機,都具有作用在重心之後的翼身組合體升力矢量。因為放寬靜穩定度的飛機的重心比普通飛機的重心更靠後,這樣為配平由於翼身組合體升力升起的負俯仰力矩所需要的尾翼向下載荷比普通飛機要小,因而就可以大大減少尾翼足寸和重量,使其在超音速狀態也具有較高的升力。

  由此我們可以看出,採用放寬靜穩定性的手段,可以大幅提高飛機的性能。首先,使飛機的平尾用於平衡所需的面積可以大大減小,因此平尾的重量可以減輕,阻力可以減小,另外對於靜不穩定的飛機,尾翼的升力和翼身組合體升力方向一致,這樣飛機的總升力也得到了提高。

  研究表明,放寬靜穩定度為戰鬥機帶來的效益是當靜穩定裕度取為-12%平均氣動弦長時,飛機的起飛總重可減少8%,所需發動機推力可減少20%,如果再加上控制機動載荷的效果可使設計總重減少18%。

  在轟炸機上採用這種技術效果也是很明顯的,如CCV B-52試驗機平尾面積從84平方米降到46平方米,在原發動機和起飛總重條件下,結構重量減少6.4%,航程增大4.3%,如果原載重、航程不變,起飛總重可以減少 10-15%,B-l轟炸機如果在設計初期階段就採用放寬靜穩定度要求的話,其起飛總重可減少36噸,用2台發動機就可以完成原來4台發動機的任務。如果把放寬靜穩定度要求和控制機動載荷結合起來,可使轟炸機設計重量減少20%以上。

  放寬靜穩定度要求對戰鬥機性能的提高主要體現在提高戰鬥機的機動性方面以及完成任務的效率方面。如一架重心位置處於25%平均氣動弦和一架重心位置處於38%平均氣動弦的放寬靜穩定度的飛機相比,在中等空載重量、最大推力、900米高度的條件下,後者轉彎速度增加0.75度/秒(M=0.9時)~1.1度/秒(M=1.2時);M數從0.9增加到1.6的加速時間減少1.8秒左右;空戰燃油節省180公斤;承受機動過載的能力也提高了,在M數為0.6,0.9,1.2時過載係數分別提高0.2g,0.4g,0.8g;此外還可以提高升阻比:在M<l時可提高8%,M>l時可提高15%。這些就使戰鬥機的機動性大大提高。

  如果拿F-16戰鬥機和法國戰鬥機「幻影」Fl,瑞典的Saab-37,蘇聯殲擊機米格-21相比,性能就很突出,除高空最大速度,F-16稍低於其他三種飛機外,其他性能均比它們優越。其原因之一就是F-16採用了主動控制技術。

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