基本介紹
- 中文名：縱向穩定性
- 外文名：longitudinal stability
簡介,飛機重心及焦點相互位置影響,提高縱向穩定性,水平尾翼面積和尾力臂,縱向穩定度,
簡介
縱向穩定性是指飛機受擾動後繞橫軸保持穩定的趨勢。飛機在受到擾動而產生俯仰運動時，會自動產生抑制俯仰運動的力，該力使飛機恢復到原來的飛行姿態。縱向穩定性的作用是保持迎角不變，如右圖。
飛機縱向穩定性的產生
飛機縱向穩定性的產生為了使飛機具有縱向穩定性，飛機的重心必須位於焦點之前。飛機的焦點是飛機迎角改變時，飛機附加升力的作力點。在亞音速情況下，飛機焦點位置不隨迎角變化而變化。對目前常用的翼型來說，亞音速時焦點位於離翼型前緣22%~25%弦長處，而在超音速時焦點的位置離翼型前緣則增加到40%~50%弦長處。焦點在重心之後，是飛機平尾的貢獻，因此，飛機的縱向穩定性主要由平尾提供。
飛機的重心位置對飛機縱向穩定性的影響也很大。重心越靠前，縱向穩定性越強。但重心靠前，飛機的配平阻力增大，同時要求機翼產生更大的升力。
常規布局的飛機，飛機重心位於機翼壓力中心之前，這樣，機翼升力俯仰力矩為低頭力矩，平尾升力俯仰力矩為抬頭力矩。
飛機重心及焦點相互位置影響
飛機重心和飛機焦點之間的相互位置，決定了飛機是否具有縱向穩定性，如右圖。若飛機重心位於其焦點之前，則在飛機受到外界擾動後，例如迎角增加了
，那么在飛機的焦點上，就會產生一個向上的升力增量
，它對飛機重心形成使機頭下俯的穩定力矩，使飛機具有逐漸消除 而自動回復到原來平衡迎角的情況，即飛機是穩定的。
飛機各部分的附加升力
飛機各部分的附加升力反之，若飛機重心位於其焦點之後，升力增量對飛機重心所形成的是不穩定的上仰力矩，使飛機迎角越來越大而沒有恢復到原來平衡迎角的情況，因此飛機是不穩定的。由此，可以得出一個重要結論：飛機的重心若位於飛機焦點之前，飛機具有縱向穩定性，飛機重心位於飛機焦點之後，則飛機便失去縱向穩定性。
提高縱向穩定性
對滑翔機來說，影響其縱向穩定性的因素很多，主要有以下幾個方面
水平尾翼面積和尾力臂
增大水平尾翼面積和增長尾力臂，有利於提高滑翔機的縱向穩定性。
式中：
代表縱向穩定係數（俯仰穩定係數），
代表水平尾翼面積，
代表機翼面積，
代表尾力臂，
代表機翼平均翼弦。
尾力臂一般指從重心到水平尾翼距前緣1/4翼弦的距離。國際級牽引模型滑翔機的縱向穩定係數在0.7~0.8。從上面公式便可看出，在機翼面積及機翼平均翼弦不變情況下，增大水平尾翼面積以及增長尾力臂都可以增大縱向穩定係數，即提高飛機縱向穩定性。
縱向穩定度
縱向穩定度是指滑翔機單位升力係數變化時俯仰力矩係數的變化量，能比較全面地衡量滑翔機的縱向穩定性。
近似計算公式為
式中：
表示俯仰穩定度，負值表示穩定；
表示重心到焦點的距離，重心在焦點前為正值，在焦點後為負值，單位：cm；
表示機翼弦長，單位：cm；
表示重心與焦點在垂直方向上的距離，重心在焦點下面為正值，在焦點上面為負值，單位：cm；
表示升力係數；
表示為無升力迎角，不對稱翼型通常是負值。
從上式中可以看到，它比用俯仰穩定係數要全面得多，例如重心位置前，俯仰穩定性好等。
由於牽引模型滑翔機大多數不採用高單翼，可以近似地認為重心與焦點在一個平面上，為0，因此上式也可以改寫成
。
這樣可以大大地方便牽引模型滑翔機作俯仰穩定度的升降。
一般牽引模型滑翔機的大約是-0.4，臨界值為-0.15。
