基本介紹
- 中文名：靜力不穩定性
- 外文名：static instability
- 含義：氣動中心到飛機重心的距離
簡介,靜穩定性改善,橫向不穩定性評定,靜不穩定性最大的飛機,
簡介
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。
打個比方，靜穩定飛機的重心就像翹翹板的支點，機頭是一端的話，升力作用點就在另一端。當氣流使飛機抬頭時，仰角增大，升力增加，升力這一端就會向上，從而使飛機低頭。當飛機被氣流壓低頭時，仰角減小，升力減小，升力這端就向下了，使飛機抬頭。這樣一來，飛機總是能夠通過自身的調整來修正外來的影響，飛的更加平穩，但代價是飛機的機動性不佳。而靜不穩定飛機由於氣動中心在重心之前，所以非常靈活，但是卻是傳統機械操控方式無法操縱的，因為這需要每時每刻不間斷的對舵面進行大量的細微調整。對人而言這是無法做到的。所以，要設計一架放寬靜穩定度的飛機（Relaxed Static Stability）,就必須藉助計算機來輔助駕駛。
飛行員輸入操縱指令，計算機將之轉變成相應的信號，驅動機身各舵面處的操縱裝置，完成對飛機平穩準確的控制，實現主動控制（Active Control Technology）。這就是為什麼要設計放寬靜穩定度的飛機就必須先發展電傳飛行控制技術的原因。 在亞音速飛行狀態，靜穩定的飛機的翼身組合體的升力中心在重心稍後的某個距離，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。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，穩定度變得很小甚至不穩定，飛行中主要靠主動控制系統控制相應舵面，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）。而在超音速狀態，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。
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%。 所以，第三代戰鬥機普遍採用了放寬靜穩定度的設計，機動性大為提高。
靜穩定性改善
在飛機的設計過程中，飛機的靜穩定性一直是一個十分重要且必需面對的問題。在三代以前的飛機均設計為三軸靜穩定性的，而且在使用飛行包線以內均保持有一定的、必要的靜穩定性裕度。隨著主動控制技術的不斷發展與成熟，在三代飛機上開始採用主動控制技術，出現了靜穩定性放寬的飛機與縱向局部靜不 穩定的飛機，但對於機動飛機橫航向還是基本設計為靜穩定的，只是對 飛機的靜穩定性要求有所放寬。比如蘇27 就是縱向局部靜不穩定的，橫航向正常使用時均在靜穩定性範圍內，儘管它能作象眼鏡蛇那樣的過失速機動，但那只是短暫的，在過失速範圍只有幾秒鐘，如果採用 了矢量推力技術，飛機也不可能長時間在過失速範圍內機動，因為飛機翼面等的氣流分離使飛機嚴重晃動與抖振，飛行員難以承受。因此，到目前為止飛機在使用範圍內橫航向基本上均設計為靜穩定的，F一22採用了十分先進的主動控制技術也不例外。
橫向臨界攻角α的值越大表示飛機橫向靜穩 定范 圍越大，橫向臨界攻角比縱向與航向臨界攻角小時，橫向臨界攻角的大小就決定了飛機可用攻角的大小，因此，在飛機氣動布局設計時應使縱向、橫向、航向臨界攻角中的最小臨界攻角值儘量增大，以便增加飛機的可用攻角範圍和可用飛行包線。
由於機翼的後掠，使側滑時迎風翼低，迎風面的升力增加，而背風面的升力降低，背風翼面後掠效應降低，背風翼面後掠效應增加，飛機帶中小攻角飛行時，會產生部分穩定的滾轉力矩。另外，由於機翼內外翼的上反與 下反，當飛機帶側滑角飛行時，氣流速度的側向流動分量與左右翼面的夾角不一樣，上反時使迎風面的局部迎角 增加，背風面的局部迎角降增加一靜穩定的滾轉力矩。
橫向不穩定性評定
在某型飛機的翼下沖試飛中，首要的挑戰是在不斷制定決策和改進後試飛效果的評估，兩者上工程技術資料很有限。沒有確定的參數量化橫向不穩定性程度、識別重大橫向不穩定性的飛行條件和證實飛行員的評論。在試驗期間套用的該項技術不僅足以識別嚴重的翼下沖現象，而且還能正確評估更輕微的橫向不穩定性。
橫向不穩定性工程分析依靠飛機 4 個關鍵參數的測量：滾轉速度、滾轉加速度、橫向駕駛桿位置和傾斜角。 滾轉速度、滾轉加速度和傾斜角測量量化了與橫向不穩定現象有關的飛機運動。橫向駕駛桿位置量化了飛行員對 該現象的回響。評估的其他參數包括側滑角、橫向載荷係數、滾轉加速度變化率和控制面偏差，但不使之與飛行員的評論和評定等級有關係。
對於規定的攻角和馬赫數範圍，輪廓圖綜合數據允許在配置之間進行定量比較。為了綜合輪廓圖數據，在從最小馬赫數界限M0到最大馬赫數界限Mf和從最小迎角界限到α0最大迎角界限αf的馬赫數和攻角範圍內總計了每個格點的均方根值。通過簡單地比較綜合結果，相對於另一個配置可以判定一個特定配置的橫向不穩定效果。也就是說，通過另一個配置的結果可以規範一個特定配置的綜合結果以判定相對效果。
靜不穩定性最大的飛機
蘇-47金雕前掠翼戰鬥機曾經被視為戰鬥機領域的神話之一，其實它也有同類，即美國的X-29驗證機。這種驗證機總共僅改裝了2架，也是軍迷們津津樂道的飛機之一。
X-29驗證機的尾部特寫。從這個角度看上去，科幻度十足。它是世界上靜不穩定性最強的飛機，飛機的攻角度甚至可以達到67度，而且據說還有可能增加。眾所周知，靜不穩定性強，意味著飛機的操控難度極大。該型飛機配備了3套數字電傳系統和3套備用的模擬電傳系統，確保對飛機的穩定控制。X-29是在兩架F-5戰鬥機的基礎之上研製而來的，這兩架F-5戰鬥機的機身編號為63-8372和65-10573，完成之後的編號為82-0003和82-0049。X-29驗證機的垂尾同F-16戰鬥機有幾分類似之處。該型飛機的最大起飛重量為8噸，最大飛行速度為1.2馬赫，航程為560千米。
該型驗證機採用的是通用電力公司的F404型發動機，使用這種發動機的飛機有F-117、F/A-18和X-45C等等。在前掠翼的根部，還增加了大邊條。通過X-29驗證機，美國獲得了關於前掠翼飛機的大量數據。兩架飛機在完成試驗任務之後，都被保存下來，一架在美國空軍國家博物館，另一架在國家空天博物館。
