垂直穩定性

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後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。

基本介紹

• 中文名：垂直穩定性
• 外文名：Vertical stability
• 又稱：方向穩定性

相關知識簡介

在飛行中，飛機受微小擾動而使航向平衡狀態遭到破壞，並在擾動消失瞬間，飛機能不經駕駛員操縱就有自動地恢復到原來航向平衡狀態的趨勢，則稱飛機具有航向靜穩定性。

飛機的方向穩定力矩是在側滑中產生的。所謂側滑是指飛機的對稱面與相對氣流方向不一致的飛行。它是一種既向前、又向側方的運動。
飛機帶有側滑時，空氣則從飛機側方吹來。這時，相對氣流方向與飛機對稱面之間的夾角稱為“側滑角”，也稱“偏航角”。
對飛機垂直穩定性影響最大的是垂直尾翼。另外，飛機機身的側面迎風面積也起相當大的作用。其它如機翼的後掠角、發動機短艙等也有一定的影響。

在考查風向標時，可以看到如果支點的前後迎風的面積大小是相同的，那么結果是前後的力平衡，指向運動很小或者基本沒有。所以，就必須讓支點後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垂直穩定性，方法是適重心之後的側面積比重心之前的側面積大得多。

垂直尾翼

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於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後，面積越大，飛機的垂直穩定性就越強。

如果飛機以直線飛行，一個側向陣風就會讓飛機繞垂直軸發生輕微的轉動(假定是右側)，那么運動會被垂直尾翼阻止並停止，因為當飛機往右旋轉時，空氣會以一個角度衝擊垂直尾翼的左側。在垂直尾翼的左側就產生一個壓力，它阻止飛機向右轉動，使偏航慢慢的降低下來。在這樣做時，飛機向相對風方向旋轉有點象風向標。飛機航跡方向的最初變化通常在飛機機頭朝向的變化之後。因此，當飛機向右稍微偏航後，有一個短暫的時間，這段時間內飛機繼續沿原來的航跡方向移動，但是它的縱軸稍微指向右側。

然後飛機有短暫的側滑，在這個時刻(因為假設儘管偏航運動停止，垂直尾翼左側的額外壓力仍然存在)飛機必定有朝左側迴轉的趨勢。即，垂直尾翼導致了一個短暫的恢復趨勢。
這個恢復趨勢反展的相對較慢，當飛機停止側滑時它也停止。在停止後，飛機就在稍微不同於原來方向的新方向上飛行。也就是說，它不會自己協調返回到原來的航向；飛行員必須重新確立最初的航向。

垂直穩定性的改進

垂直穩定性的一個小的改進可以通過後掠角實現。機翼設計中使用後略角主要是為了延遲高速飛行中壓縮性的開始。在較輕和慢速的飛機上，後掠角對壓力中心和重心建立正確的關係有幫助。壓力中心在中心之後這樣製造的飛機具備縱向穩定性。
由於結果的原因，飛機設計者有時候不能把機翼安裝在恰好需要的位置。如果它們必須把機翼安裝的太向前，且和機身成恰當的角度，那么壓力中心就不會足夠靠後，達不到要求的縱向穩定度。但是，通過增加機翼後掠角，設計者可以向後移動壓力中心。後掠角的大小和機翼的位置使壓力中心置於正確的位置。
機翼對靜態方向穩定性的貢獻通常很小。掠翼提供的穩定性作用依賴於後掠角的大小，但是這個貢獻和其它部分相比就相對較小了。