飞机的操纵性及实现操纵的装置.doc

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1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 飞机的操纵性及实现操纵的装置所属学院： 航空维修工程学院指导老师： 曹建华 职 称： 高工/副教授 学生姓名： 张 晨 班级、学号: 专 业： 飞机制造技术西安航空职业技术学院制20014年10月10日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 飞机的操纵性及实现操纵的装置任务与要求： 1、计算机水平的提高； 2、进一步了解飞机操纵特性； 3、加深利用飞机操纵装置实现对飞机的操纵的认识。时间： 2014 年 06 月20日 至 2014 年 10 月 10 日 共 8 周所属学院： 航空维修工程学院学生姓名： 张晨 学 号： 专业

2、： 飞机制造技术指导单位或教研室： 西安航空职业技术学院 指导教师： 曹建华 职 称： 高工/副教授西安航空职业技术学院制2014年10月10日 毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。飞机的操纵性及实现操纵的装置【摘要】本文简要介绍了飞机稳定性和操作性的基本概念、分类和影响因素。飞机利用主操纵面升降舵、方向舵和副翼、辅助操纵面、副翼的差动和增升装置实现对飞机的操纵，以及副翼上一些必要的附设装置、用来改善飞机的操纵和保证飞行的安全；本文简要描述了常规固定翼航空器中所使用的操纵装置。

3、关键词：稳定性 操纵性 操纵装置AbstractThis paper briefly introduces the basic concepts of stability and operational aircraft, classification and influencing factors.Aircraft using the main control, elevator and rudder and aileron, auxiliary control surfaces, aileron differential and rising devices realize the man

4、ipulation of the aircraft, and flap on some necessary ancillary equipment, to improve the control and guarantee the safety of the flight of aircraft;This paper briefly describes the control device used in conventional fixed wing aircraft.Keywords: maneuvering stability control device.目 录1概述62飞机的操纵性和

5、稳定性72.1.1 纵向稳定性72.1.2 方向稳定性82.1.3 侧向稳定性92.2 飞机的操纵性112.2.1 飞机的纵向操纵112.2.2 飞机的方向操纵112.2.3 飞机的侧向操纵112.3影响飞机稳定性的因素132.4影响飞机操纵性的因素133飞行操纵装置133.1运动轴143.2主操纵面143.2.1主操纵面的副作用153.3辅助操纵面163.3.1配平163.4飞机的增升装置173.4.1前缘增升装置183.4.2后缘增升装置193.5操纵面的附设装置223.5.1重量平衡223.5.2空气动力补偿(简称“气动补偿”)233.5.3空气动力平衡(简称“气动平衡”)273.6其他

6、操纵293.6.1飞机的转弯303.6.2其他形式的主操纵面301 概述飞机飞行操纵在飞机飞行中担负着改变飞机状态、轨迹等功能和任务。据有关资料统计,飞机操纵造成的后果大多是重大飞行事故,由于操纵系统的不完善,易造成飞行员误操作(这种误操作的结果往往是机毁人亡)。例如：法国航空447 号班机由巴西里约热内卢飞往法国巴黎。2009 年6 月1 日，该航班A330 客机在巴西圣佩德罗和圣保罗岛屿附近坠毁，机上人员全数罹难，为空中客车A330 型客机投入营运后的首次空难。根据2011 年打捞出的失事客机机载记录器数据分析，AF447 事故是由以下一系列连锁事件导致的：（1）由于皮托管结冰，出现短时间

7、的速度不一致，导致自动驾驶断开，操纵法则转换为备用法则。（2）飞行员操纵不正确造成飞行轨迹不稳定。（3）机组发出空速不正确喊话后没有执行相应的程序。（4）不把杆飞行员指出飞行轨迹修正偏差的时机晚，把杆飞行员没有及时有效修正轨迹。（5）机组都没有意识到飞机接近失速，机组没有立即反应，直到飞机超越飞行包线。（6）机组未能判断出失速状态进而没有采取正确的改出措施。我们在观看精彩的飞行表演时，常惊叹飞机能做各种复杂的动作，如正飞、倒飞、翻筋斗、横滚飞、螺旋飞等等。那这些动作是怎样做出来的呢?这就需要我们了解飞机的操纵原理。飞机除了能稳定飞行之外，还应具有良好的操纵能力。如果飞机没有很好的操纵能力，它就

8、根本不能升空飞行。飞机的运动自由度多，在空中无依无靠，操纵的复杂性和难度要比操纵车和船大得多。通过操纵飞机的3个气动操纵面(升降舵、方向舵和副翼，如图1所示)的偏转等来实现操纵飞机的飞行。它们都是通过改变舵面上的空气动力产生附加力和相对于飞机重心的操纵力矩，来达到改变飞机飞行状态的目的。操纵机构可以是机械式，通过连杆或滑轮实现对操纵面偏转的控制；也可以是电传式，通过线路、电机等实现对舵面的控制。飞行员直接控制的机构有操纵杆、脚蹬等。飞行员前推后拉操纵杆，可实现飞机的俯仰操纵;左右扳动操纵杆可使飞机侧滑;左脚踩左脚蹬，可使飞机向左偏航;右脚踩右脚蹬，可使飞机向右偏航。2 飞机的操纵性和稳定性飞机

9、的稳定性：处于平衡状态的物体，收到外界扰动后，偏离了平衡位置，当扰动消失后，物体能否自动回复到原始的平衡位置，取决于物体的平衡状态是否具有稳定性。飞机的操纵性：飞机在驾驶员的操纵下，从一种飞行状态过渡到另一种飞行状态特性。对于驾驶员的操纵反映过于灵敏或过于迟钝都会给飞机的飞行操纵带来困难。2.1 飞机的稳定性在飞行中，飞机会经常受到各种各样的扰动，如气流的波动、发动机工作不稳定、飞行员偶然触动驾驶杆等。这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态，而在偏离以后，飞机能否自动恢复原状，这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。飞机的稳定性是飞机本身的一种特性，与飞机的操纵性有密切的关系。例如，飞行员操纵杆、舵，

10、需要用力的大小，飞机对杆、舵操纵的反应等，都与飞机的稳定性有关。因此，研究飞机的稳定性是研究飞机操纵性的基础。所谓飞机的稳定性，就是在飞行中，当飞机受微小扰动而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失以后，不经驾驶员操纵，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。2.1.1 纵向稳定性飞机的纵向稳定性是指飞机绕横轴的稳定性。当飞机处于平衡飞行状态时，如果有一个小的外力干扰，使它的攻角变大或变小，飞机抬头或低头，绕横轴上下摇摆(也称为俯仰运动)。当外力消除后，驾驶员如果不操纵飞机，而靠飞机本身产生一个力矩，使它恢复到原来的平衡飞行状态，我们就说这架飞机是纵向稳定的。如果飞机不能靠自身恢复到原来的状态，就称为纵向

11、不稳定的。如果它既不恢复，也不远离，总是上下摇摆，就称为纵向中立稳定的。飞机的纵向稳定性也称为俯仰稳定性。飞机的纵向稳定性由飞机重心在焦点之前来保证。影响飞机纵向稳定性的主要因素有飞机的水平尾翼和飞机的重心位置。下面，我们首先来看一下水平尾翼是如何影响飞机的纵向稳定性的。当飞机以一定的攻角作稳定的飞行时，如果一阵风从下吹向机头，使飞机机翼的攻角增大，飞机抬头。阵风消失后，由于惯性的作用，飞机仍要沿原来的方向向前冲一段路程。这时由于水平尾翼的攻角也跟着增大，从而产生了一个低头力矩。飞机在这个低头力矩作用下，使机头下沉。经过短时间的上下摇摆，飞机就可恢复到原来的飞行状态。同样，如果阵风从上吹向机头

12、，使机头下沉，飞机攻角减小，水平尾翼的攻角也跟着减小。这时水平尾翼上产生一个抬头力矩，使飞机抬头，经过短时间的上下摇摆，也可使飞机恢复到原来的飞行状态。除水平尾翼外，飞机的重心位置对纵向稳定性也有较大的影响。重心靠后的飞机，其纵向稳定性要比重心靠前的差。其原因是：重心与焦点距离小攻角改变时产生的附加力矩减小。对于重心靠后的飞机，当飞机受扰动而增大攻角时，机翼产生的附加升力是使机头上仰，攻角进一步增大，形成不稳定力矩。这时主要靠水平尾翼的附加升力，使机头下俯，攻角减小，保证飞机的纵向稳定性。2.1.2 方向稳定性飞机的方向稳定性是指飞机绕立轴的稳定性。飞机的方向稳定力矩是在侧滑中产生的。所谓侧滑

13、是指飞机的对称面与相对气流方向不一致的飞行。它是一种既向前、又向侧方的运动。飞机带有侧滑时，空气则从飞机侧方吹来。这时，相对气流方向与飞机对称面之间的夹角称为“侧滑角”，也称“偏航角”。对飞机方向稳定性影响最大的是垂直尾翼。另外，飞机机身的侧面迎风面积也起相当大的作用。其它如机翼的后掠角、发动机短舱等也有一定的影响。当飞机稳定飞行时，不存在偏航角，处于平衡状态。如果有一阵风突然吹来，使机头向右偏(此时，相对气流从左前方吹来，称为左侧滑)，便有了偏航角。阵风消除后，由于惯性作用，飞机仍然保持原来的方向，向前冲一段路程。这时相对风吹到偏斜的垂直尾翼上，产生了一个向右的附加力。这个力便绕飞机重心产生

14、了一个向左的恢复力矩，使机头向左偏转。经过一阵短时间的摇摆，消除掉偏航角，飞机恢复到原来的平衡飞行状态。同样，当飞机出现右侧滑时，就形成使飞机向右偏转的方向稳定力矩。可见，只要有侧滑，飞机就会产生方向稳定力矩。而方向稳定力矩总是要使飞机消除偏航角。2.1.3 侧向稳定性 飞机的侧向稳定性是指飞机绕纵轴的稳定性。处于稳定飞行状态下的飞机，如果有一个小的外力干扰，使机翼一边高一边低，飞机绕纵轴发生倾侧。当外力取消后，飞机靠本身产生一个恢复力矩，自动恢复到原来飞行状态，而不靠驾驶员的帮助，这架飞机就是侧向稳定的，否则就是侧向不稳定。保证飞机侧向稳定性的因素主要有机翼的上反角和后掠角。我们先来看上反角

15、的侧向稳定作用。当飞机稳定飞行时，如果有一阵风吹到飞机左翼上，使左翼抬起，右翼下沉，飞机绕纵轴发生倾侧。这时飞机的升力Y也随着倾侧。而升力原来是同飞机重力G同处于一根直线上而且彼此相等的。Y倾侧后与重力G构成一个合力R，使飞机沿着合力的方向向右下方滑过去，这种飞行动作就是“侧滑”(如图1所示)。飞机侧滑后，相对气流从与侧滑相反的方向吹来。吹到机翼上以后，由于机翼上反角的作用，相对风速与下沉的那只机翼(这里是右翼)之间所形成的攻角1，要大于上扬的那只机翼的攻角2。因此，前者上产生的升力Y1也大于后者的升力Y2。这两个升力之差，对飞机重心产生了一个恢复力矩M，经过短瞬时间的左右倾侧摇摆，就会使飞机

16、恢复到原来的飞行状态。上反角越大，飞机的侧向稳定性就越好。相反，下反角则起侧向不稳定的作用。现代飞机机翼的上反角大约在正7度到负10度之间。负上反角就是下反角。现在再来看机翼的后掠角是怎样起侧向稳定作用的。如图2(a)所示，一架后掠角机翼(无上反角)的飞机原来处于稳定飞行状态。当阵风从下向上吹到左机翼上的时候，破坏了稳定飞行，飞机左机翼上扬，右机翼下沉，机翼侧倾，升力Y也随着侧倾而与飞机重力G构成合力R。飞机便沿着R所指的方向发生侧滑。v1阵风速度；v2侧滑速度；v3由侧滑引起的相对风速；M恢复力矩；O飞机重心；y上反角图1 机翼上反角对飞机侧向稳定性的影响阵风消除后，飞机沿侧滑方向飞行(如图

17、2(b)。这时沿侧滑方向吹来的，对气流，吹到两边机翼上。由于后掠角而产生不同的效果。作用到两边机翼上的相对风速v虽然相同，但由于后掠角的存在，作用到前面的机翼(这里是右翼)的垂直分速v1，大于作用到落后的那只机翼上的垂直分速v3。而这两个分速是产生升力的有效速度。另外两个平行于机翼前缘的分速v2和v4对于产生升力不起什么作用，可不加考虑。既然v1大于v3，所以下沉的那只机翼上的升力Y1要大于上扬的机翼上的升力Y2。二者之差构成恢复力矩M。它正好使机翼向原来的位置转过去。这样经过短瞬时间的摇摆，飞机最后便恢复到原来的稳定飞行状态。机翼的后掠角越大，恢复力矩也越大，侧向稳定的作用也就越强。如果后掠

18、角太大，就可能导致侧向过分稳定。因而采用下反角就成为必要的了。保证飞机的侧向稳定作用，除了机翼上反角和后掠角两项重要因素外，还有机翼和机身的相对位置。上单翼起侧向稳定作用，而下单翼则起侧向不稳定的作用。此外，飞机的展弦比和垂直尾翼对侧向稳定性也有一定的影响。飞机的侧向稳定性和方向稳定性，是紧密联系并互为影响的。二者合起来称为飞机的“横侧稳定”。二者必须适当地配合，过分稳定和过分不稳定都对飞行不利。同时二者配合得不好，如果方向稳定性远远地超过侧向稳定性，或者相反，都会使得横侧稳定性不好，甚至使飞机陷入不利的飞行状态。图2-a图2-b 机翼后掠角对飞机侧向稳定性的影响va阵风；vb侧滑速度；vc相

19、对风速；M恢复力矩2.2 飞机的操纵性飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵的情况下，改变其飞行姿态的特性。飞机在空中的操纵是通过三个操纵面升降舵、方向舵和副翼来进行的。转动这三个操纵面，在气流的作用下，就会对飞机产生操纵力矩，使其绕横轴、立轴和纵轴转动，从而改变飞机的飞行姿态。2.2.1 飞机的纵向操纵飞机的纵向操纵是指控制飞机绕横轴的俯仰运动。它是通过向前或向后推拉驾驶杆，使升降舵向下或向上偏转，来实现飞机纵向操纵的目的。现代飞机升降舵的偏转角度大约在正15度到负30度之间(升降舵向下偏转时的角度规定为正值)。大型运输机的偏转角要小些。一般在正15度到负20度之间。2.2.2 飞机的方向操纵飞机

20、的方向操纵是指飞机绕立轴的偏航运动。驾驶员通过操纵脚蹬来进行飞机的方向操纵。驾驶员踩左脚蹬，方向舵向左偏转，飞机便向左方转过去；驾驶员踩右脚蹬，方向舵向右偏转，飞机便右转。要使飞机向左转，他只须踩动左脚蹬就行了。飞机方向舵一般可以向左或向右偏转30度。2.2.3 飞机的侧向操纵飞机的侧向操纵是指飞机绕纵轴的滚转运动。驾驶员通过向左或向右操纵驾驶杆（盘）来进行飞机的侧向操纵。飞机的侧向操纵与纵向或方向操纵有一点不同，即副翼有两片，并且转动方向是相反的。一片副翼向上偏转；另一片副翼则向下偏转。由此产生的附加力，对飞机重心O产生一个滚转力矩M，便可使飞机绕纵轴倾侧。当飞机处于平衡飞行状态时，作用在飞

21、机上的外力和外力矩都是互相平衡的。如果驾驶员要使飞机向左倾侧，他可把驾驶杆向左摆动(如图3所示)，这时右边的副翼向下偏转(如图3)所示)，左边的副翼向上偏转(如图3所示)的右副翼与相对气流之间的夹角(攻角)1增大，所以右机翼上的升力Y1也增大；而向上偏转的左副翼与相对气流之间的夹角(攻角)2减小，所以左机翼上的升力Y2也减小。于是，升力Y1和Y2之差，对飞机重心构成了一个滚转力矩，使飞机向左倾侧。如果驾驶员向左摆动驾驶杆，就会产生相反的结果，使飞机向右倾侧。现代飞机的副翼向上偏转约为20度到25度(规定为负值)，向下偏转约为10度到15度(规定为正值)。图3 飞机的侧向操纵1驾驶杆；2右副翼；

22、3左副翼； 综上所述，在空气动力作用的原理方面，飞机各个方向的操纵基本是相同的，都是改变舵面上的空气动力，产生附加力矩，从而达到改变飞机飞行状态的目的。飞机的侧向操纵和方向操纵，是有密切联系的。要使飞机转弯，不但要操纵方向舵，改变飞机的方向；还要操纵副翼使飞机向转弯的一侧倾斜，二者密切配合，才能把转弯的动作做好。2.3 影响飞机稳定性的因素影响飞机稳定性的因素主要有以下几点：1）飞机重心位置前、后变动对飞机稳定性的影响2）速度变化对飞机稳定性的影响3）高度变化对飞机稳定性的影响4）大迎角飞行对飞机稳定性的影响5）飞行员松开杆舵对飞机稳定性的影响6）操纵系统中的配重，弹簧对飞机稳定性的影响2.4

23、 影响飞机操纵性的因素影响飞机操纵性的因素主要有以下几点：1）飞机的转动惯量对飞机操纵性的影响2）飞机重心位置移动对飞机操纵性的影响3）飞行高度的变化对飞机操纵性的影响4）飞行速度对飞机反映快慢的影响5）迎角对横向操纵性的影响 3 飞行操纵装置航空器飞行操纵装置使得驾驶员能够调整和控制航空器的飞行姿态。有效飞行操纵装置的产生是航空器发展过程中至关重要的一步。早期的固定翼航空器设计工作，在如何使航空器能够产生足够升力离开地面方面获得了很大的成功，但是一旦离开地面，航空器就变成不可操纵的了，经常造成灾难性后果。有效飞行操纵装置产生的目的就是让航空器能够进行稳定的飞行。飞机的操纵就是飞机上用来传递操

24、纵指令，驱动舵面运动的所有部件和装置的综合，驾驶员通过操纵飞机的各个舵面和调整片实现飞机姿态的转变，以完成对飞机的飞行状态、气动外形的的控制。现在普遍应用的操纵系统有以下几类：主操纵系统、简单的机械操纵系统、不可逆助力操纵系统、电传操纵系统。、本文描述了常规固定翼航空器中所使用的操纵装置。其他构型的固定翼航空器可能使用了不同的操纵面，但基本原理仍然相同。而旋翼类航空器（直升机和自转旋翼机）的操纵装置则与固定翼航空器完全不同。 3.1 运动轴三个轴向旋转运动图（4） 飞机的操纵和运动图（5）从运动学上来讲，航空器的运动可以分解为三维空间内质点的平动和航空器以自身质心为中心的转动。航空器姿态实际上

25、就是指在不考虑与位置变化有关的平动情况下，航空器在以质心为原点的三维直角坐标系中的转动情况。换句话说，就是航空器绕通过其质心并相互垂直的三个轴的自由旋转情况。为了能够控制航空器姿态，驾驶员应能操纵航空器在这些轴上的旋转运动。上述与航空器旋转运动有关的三个轴分别被称为纵轴、横轴和垂直轴，其具体概念如下：垂向垂直轴自上而下穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“偏航”。偏航改变航空器机头在机身平面上的指向，即向左还是向右。在固定翼航空器上，主要的偏航操纵一般是由方向舵来实现的。副翼对偏航也有副作用。横向纵轴从前至后穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“滚转”或“压坡度”。滚转改变航空器机身平面相对于

26、重力方向的角度。驾驶员可通过增加一侧机翼升力并减少另一侧升力来改变坡度。升力的差异导致航空器绕纵轴的滚转运动。副翼是主要的滚转操纵装置。方向舵对滚转也有副作用。大型飞机上，有时也采用打开单侧扰流板的方法加速滚转。纵向横轴从左右两侧穿过航空器。这个轴上的旋转运动被称为“俯仰”。俯仰改变航空器机头在垂直面上的指向，即向上还是向下。升降舵是主要的俯仰操纵装置。特别强调的一点是，这三个虚拟的轴是随航空器一起运动的，而不是相对于地面静止的。当航空器运动时，这些轴相对于地面不但位置上会发生改变，方向也会发生改变，但相对于航空器机身却是没有变化的。例如，当一个航空器左侧机翼垂直指向地面时，此时航空器的垂直轴

27、与地面平行，而横轴则垂直于地面（不考虑机翼反角）。3.2 主操纵面主操纵面通过铰链或滑轨连接在机身上，所以它们可以移动并使流过的气流发生偏移。这种气流方向变化产生的不平衡力使得航空器绕有关轴线旋转。副翼安装在每个机翼靠近翼尖的位置，两侧的运动方向相反。当驾驶员向左移动驾驶杆或逆时针转动驾驶盘时，左侧副翼会向上运动，而右侧副翼则向下运动。向上的副翼减小所在机翼的升力，而向下的是增加升力，这样驾驶杆向左移动导致左侧机翼下降而右侧机翼上扬。因此使航空器产生向左的坡度，并开始向左侧转弯。将驾驶杆移动到中立位置，副翼也回到中立位置，这时航空器会保持坡度，并继续转弯，直到施加相反的副翼操纵使坡度为零改为直

28、飞。升降舵分别安装在机身尾部两侧水平安定面的后缘上。它们一同向上和向下移动。当驾驶员向后拉驾驶杆时，升降舵向上运动。前推驾驶杆时，升降舵向下运动。上扬的升降舵给机尾一个向下的力，而导致机头向上俯仰。这使机翼的气动迎角增加，产生更大的升力和阻力。驾驶杆回到中立位置后，升降舵也回到中立位置，飞机的俯仰变化停止。许多航空器使用全动平尾（一个可活动的水平安定面）来取代升降舵。方向舵安装在机身尾部垂直安定面的后缘上。当驾驶员蹬左脚踏板时，方向舵向左偏移。蹬右脚踏板导致方向舵向右偏移。向右偏移的方向舵会在机身尾部产生向左的力，导致机头向右偏航。方向舵脚踏板回中立位置后，方向舵也回到中立位置，飞机停止偏航。

29、机翼上的操纵面与附属装置（如图6）.翼尖小翼.低速副翼.高速副翼.襟翼滑轨整流罩.前缘襟翼克鲁格襟翼.前缘缝翼.内侧襟翼.外侧襟翼.扰流板.扰流板减速板注1：以上仅为示意图，在具体机型上，各位置上部件因设计理念的不同，其实际构型、功能和名称也有可能不同。注2：图中和所反映的是襟翼的三个不同工作位置，而非三层襟翼。3.2.1 主操纵面的副作用副翼副翼主要是用于控制坡度。机翼的气动特性决定了：只要升力增加，诱导阻力也会增加。当向左移动驾驶杆使航空器向左压坡度时，右侧副翼是向下的，使右侧机翼的升力增加，因此右侧机翼的诱导阻力也增加。其结果导致航空器向右偏航，与副翼操纵所要达到的机头偏航方向正好相反，

30、这种情况被称为反向偏航。这样当向左移动驾驶杆使航空器向左压坡度时就会导致机头有向右的偏转。反向偏航对具有较长机翼的轻型航空器有更大的影响，例如滑翔机。这时就需要驾驶员操纵方向舵来抵消反向偏航的影响。“差动副翼”是一种通过特殊的机构使向下运动的副翼偏移量小于向上运动的副翼，从而减弱反向偏航效应。方向舵使用方向舵导致一侧机翼运动速度比另一侧的快。速度的增加意味着升力的增加，因此使用方向舵会产生滚转效应。另外，由于方向舵位置一般都高于航空器的重心，这样作用在方向舵侧向力就会在机身上产生力矩，使航空器产生反向坡度。操纵方向舵向右不仅使机尾向左、机头向右运动，还会使航空器自旋，就像要进行左转弯一样。在所

31、有的操纵输入中，方向舵的操纵输入能产生最大的反向作用。因此在轻型航空器上，副翼和方向舵通常都一起使用。当向左转弯时，驾驶杆向左移动，同时要以足够量蹬方向舵左脚踏板。如果左脚踏板操纵量过大，则会导致航空器发生侧滑，然后进入尾旋（也称螺旋）。然而，在轻型航空器上只使用方向舵而不是副翼来改变飞行路线也不失为一个好方法，因为这时驾驶员的双手可以解放出来，以便执行更多的任务，例如查看航图等。3.3 辅助操纵面3.3.1 配平配平操纵使驾驶员能够在很宽的载荷和空速范围内，平衡由机翼和操纵面产生的升力和拉力。这样可以降低调整或保持希望的飞行姿态所需的力量。对于具有可逆操纵系统的航空器，通过配平可大大降低驾驶

32、员在操纵方面的工作强度。配平片用于调整有关的主操纵面位置。它们经常是通过铰接方式安装在操纵面的后缘，并可在驾驶舱内操纵其动作。某些轻型航空器上的配平片是一块固定的金属片，可在地面对其弯度进行调整，但在飞行中不能控制。配平片通过改变气流方向产生气动力使主操纵面保持在希望的位置上。因为它们位于主操纵面支点的最远端，则只需要产生较小的气动力就可通过杠杆作用实现偏移主操纵面的目的。全动水平尾翼除了甚轻型航空器，升降舵上的配平片无法为重量较大的航空器提供足够的配平力和运动范围。为了提供合适的配平力，整个水平尾翼被做成俯仰角度可调整的。这样可使驾驶员能够调整水平尾翼升力的大小和方向，起到部分升降舵的作用，

33、从而降低来自升降舵的反作用力。最简单的配平方法是利用弹簧在驾驶员的操纵装置上施加相应的力达到配平效果。实施某些飞行时，需要使用大量配平以使航空器保持预定的迎角。这主要适用于慢速飞行，此时需要保持机头朝上的姿态。配平不仅用于升降舵，也用于方向舵和副翼，以抵消滑流或重心偏向一侧的影响。3.3.2 副翼差动实现的操纵1）副翼的作用副翼是主机翼后缘外侧安装的可动翼面，它可以使飞机完成左右转弯和左右横滚动作。向左扳操纵杆时，左副翼向上偏，右副翼向下偏;向右则反之。我们以向左扳操纵杆为例，说明副翼的工作原理。在飞机水平平衡飞行过程中，如果飞行员向左扳操纵杆，左副翼上偏使左副翼的迎角减小，因而左翼升力降低;

34、右副翼下偏使右副翼的迎角增大，因而右翼升力增大。左右机翼产生的升力差相对于飞机纵轴产生了一个横滚力矩，这个力矩使飞机向左方倾斜。如果扳动角度小，飞机向左略倾斜，做向左盘旋或左转弯的动作;如果扳动角度很大，则由于机翼两边升力差过大，飞机则向左做横滚的动作。我们有时看到特技表演的飞机一面高速飞行，一面沿纵轴旋转，这就是通过操纵两个副翼实现的。2）副翼反效“副翼反效”又称为“副翼反逆”、“副翼反操纵”。飞机高速飞行时由于气动载荷而引起的机翼扭转弹性变形，使得偏转副翼时所引起的总滚转力矩与预期方向相反的现象。在正常情况下，当驾驶员向右压驾驶杆时，左副翼向下偏转而使左机翼升力增加，右副翼向上偏转而使右机

35、翼升力降低，从而对飞机重心产生一个向右的滚转力矩，飞机向右倾侧，这是和驾驶员的自然动作相一致的。由于副翼一般装在机翼的外侧后缘，机翼的这部分结构比较薄弱，刚度较小。当副翼向下偏转时，机翼后缘升力增大，将使机翼产生前缘向下的扭转，从而使这部分机翼的有效攻角减小，这会使升力减小，因而抵消了副翼下偏的部分效果。随着飞机飞行速度的增大，因结构刚度不变，这种扭转将随着增加，上述抵消现象就日趋严重。当达到某个速度(称为“副翼反操纵临界速度”)时，副翼偏转所引起的升力增量和机翼扭转所减小的升力负增量相抵消，因此偏转副翼并不能产生滚转力矩。超过此速度时，副翼偏转将产生反效果，这种现象就称为“副翼反效”。飞机设

36、计时必须保证机翼有足够的抗扭刚度，使得在全部飞行速度范围内不致发生副翼反效。高速飞机为了防止出现这种现象，有时采用内侧副翼、全动式翼尖副翼或扰流片等。3）副翼差动通过前面的介绍可以知道，在飞机转弯飞行时，需要同时操纵副翼和方向舵。如果一侧副翼相下偏转的角度与另一侧向上偏转的角度相等，则副翼向下偏转一侧的阻力比另一侧的大，这个阻力偏差量试图把机头拉向机翼抬高的一侧，使飞机转向相反的方向。为了防止这种相反作用的产生，副翼经常被设计成具有不同行程的差动副翼，也就是两侧副翼存在差动行程。当驾驶杆被操纵了一个给定的行程时，副翼向上偏转的偏转角度要比向下偏转的偏转角度大。这种现象称为“副翼差动”。副翼差动

37、是通过差动摇臂(一种双摇臂)来实现的。这种摇臂之所以能起差动作用，是因为当驾驶杆处于中立位置时，它的两个摇臂中至少有一个摇臂与传动杆不成直角。在维护修理工作中，必须注意保持摇臂与传动杆的正常位置。3.4 飞机的增升装置高速飞机机翼的构造和外形，主要是从有利于作高速飞行的观点来设计和制造的。这种机翼在高速飞行时，攻角很小，但由于飞行速度较大，仍可产生足够的升力来维持水平飞行；同时，它还有足够的强度和刚度来承受巨大的载荷。但在低速飞行时，特别是在起飞和着陆时，由于飞行速度较小，虽然增大攻角，但升力仍很小，不足以维持飞机的平飞。同时，机翼攻角的增加是有一定限度的。如果机翼攻角太大，会造成气流分离，从

38、而导致失速。因此，高速飞机在低速飞行时的性能较差。这主要表现在：起飞和着陆时由于速度太大，起降不安全；延长起飞和着陆滑跑距离等。依据不同的增升原理，机翼便有了不同的“增升装置”。其中包括：前缘缝翼、各式襟翼、附面层控制等。这些增升装置使飞机在尽可能小的速度下，产生足够大的升力，保持飞机的平飞，从而大大减小起飞和着陆速度，缩短滑跑距离。3.4.1 前缘增升装置1、前缘缝翼前缘缝翼是一个小的翼面，总是装在机翼前缘。当前缘缝翼打开时，它就与机翼表面形成一道缝隙。下翼面压强较大的气流通过这道缝隙，得到加速而流向上翼面，增大了机翼上表面气流的速度，降低了压强，消除了这里的大量旋涡。因而恢复了上下翼面的压

39、强差，延缓了气流分离，避免大攻角下的失速(如图7所示)。图7 前缘缝翼打开时，气流分离被推迟(a) 缝翼闭合时，在大攻角下发生气流分离，旋涡很多；(b) 缝翼打开时，旋涡很少，恢复了空气的平滑流动时，延缓了气流分离1前缘襟翼；2后缘襟翼；3副翼；4机翼前缘缝翼的主要作用是：(1)延缓机翼上的气流分离，因而提高了“临界攻角”(一般能增大1015)，使得机翼在更大的攻角下才会发生失速。(2)增大最大升力系数Cy,max(一般能增大百分之五十左右）。2、前缘襟翼安装在机翼前缘的襟翼称为前缘襟翼，如图8所示。在大攻角情况下，前缘襟翼向下偏转，既可减小前缘与相对气流之间的角度，消除了旋涡，使气流能够平滑

40、地沿机翼上翼面流过；同时也可增大翼剖面的弯度。从而达到延缓气流分离、提高最大升力系数和临界攻角的目的。 图8 前缘襟翼的位置和增升作用机翼上的前缘襟翼；(b)前缘襟翼未放下时，发生气流分离；(c)前缘襟翼放下3、克鲁格襟翼实际上，克鲁格襟翼是前缘襟翼的一种。它一般位于机翼根部的前缘，靠作动筒收放，打开时象一块板，如图9所示。在闭合位置时为机翼前缘的组成部分，打开时向前下方翻转，开度常大于110。它既可增大机翼的面积，又可增大翼剖面的弯度，所以具有很好的增升效果。同时，它的构造也比较简单。克鲁格襟翼的结构因受空间的限制，一般采用整体结构，常用材料为镁合金和铝合金，有时也采用复合材料。图9 “克鲁

41、格”襟翼1 收放作动筒；2“克鲁格”襟翼闭合；3“克鲁格”襟翼打开；4机翼前缘3.4.2 后缘增升装置后缘襟翼的种类很多，较常用的有：分裂式襟翼、简单襟翼、开缝式襟翼、后退襟翼、后退开缝式襟翼和双缝襟翼、三缝襟翼、多缝襟翼等。所有这些襟翼的共同特点是，它们都位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧，所以又称为后缘襟翼(简称襟翼)。襟翼放下时既可增大升力，同时也增大了阻力。所以多用于飞机着陆。这时襟翼放下到最大角度(约为5060)。但有时也用于起飞，但放下的角度较小(约为1520)，以减小阻力，避免影响飞机起飞滑跑时的加速。1、分裂式襟翼这种襟翼本身象块薄板，紧贴于机翼后缘并形成机翼的一部分，用时放

42、下，在后缘与机翼之间形成一个低压区，对机翼上表面的气流具有吸引作用，使其流速增大，因而增大了机翼上下表面的压强差，即增大了升力；同时还延缓了气流分离(如图10所示)。这是它能够增升的原因之一。另一原因是，襟翼放下后，机翼剖面变得更弯拱，也就是增大了翼剖面的弯拱程度(弯度)。这样可提高机翼上表面的流速，增大了上下表面的压强差，也就是增大了升力。由于这两个原因，它的增升效果相当好，一般可把最大升力系数Cy,max增大约百分之75到85。2、简单襟翼它主要靠增大翼剖面的弯拱程度(弯度)来增大升力。如图11所示，当简单襟翼放下时，翼剖面变得更弯拱，增大了上翼面气流的流速，从而增大了升力，但同时阻力也随

43、着增大。并且，阻力增大的百分比，一般要比升力增大的百分比高。因此，总的说来，放下襟翼时，升阻比是下降的。图10 分裂式襟翼的位置1分裂式襟翼；2低压区(具有吸引作用)简单襟翼的构造比较简单，其形状与副翼相似，平时闭合，形成机翼后缘的一部分；用时可打开放下。由于它只有一种增升作用(即增大翼剖面的弯度)，所以它的增升效果不是很高。一般情况下，当它的着陆偏转角约为5060时，它大约只能使Cy,max增大65%75%。高速飞机上很少单独使用简单襟翼，因为高速飞机的机翼大多数有很大的后掠角，而这种襟翼的增升效果随机翼后掠角的增大而急剧减小。图11 简单襟翼的增升原理1简单襟翼；2副翼；3机翼3、开缝式襟

44、翼开缝式襟翼是对简单襟翼的改进。其特点是，当它放下时，一方面能增大机翼翼剖面的弯度；另一方面它的前缘与机翼后缘之间形成一个缝隙。下翼面的高压气流通过这个缝隙，以较高的速度流向上翼面，使上翼面附面层中的气流速度增大，因而延缓了气流分离，达到增升的目的。由此可见，开缝式襟翼的增升作用也是双重的。所以它的增升效果也较好，一般可增大Cy,max值约85%95%(如图12所示)。 图12 开缝式襟翼的气流流动情况4、后退式襟翼后退式襟翼与开缝式襟翼相似，也有双重增升作用。其一是增加翼剖面的弯度；其二是增大机翼的面积。这种襟翼可沿滑轨向后滑动(如图13所示)，因此能起到这两种作用。它的增升效果也很好，一般

45、可增大Cy,max值约85%95%。图13 后退式襟翼1 后退襟翼；2机翼后缘；3机翼5、后退开缝式襟翼后退开缝式襟翼又称为“富勒”襟翼。位于机翼后缘的下表面，打开时向后滑动一段距离，同时又向下偏转，并与机翼后缘形成一条缝隙(如图14所示)。后退开缝式襟翼主要靠增大机翼面积及增加翼剖面的弯度来增加机翼的升力系数。缝隙与开缝式襟翼相同，可以防止附面层内的气流分离。这种襟翼一般在起飞和着陆时，分别采用不同的后退量和偏转角度。在起飞状态，采用较小的偏转角，因而阻力增加较小，升阻比较大，有利于起飞加速，减少滑跑距离。图14 后退开缝式襟翼1机翼；2后退开缝式襟翼；3缝隙3.5 操纵面的附设装置大多数现代飞机的操纵面升降舵、方向舵和副翼上都有一些必要的附设装置用来改善飞机的操纵和保证飞行的安全。这就是：重量平衡、空气动力补偿和空气动力平衡。3.5.1 重量平衡为了防止飞机机翼和尾翼发生颤振，保证飞行的安全，实践和理论都证明：一个有效的办法是在操纵面的转轴前面安装配重，把操纵面的重心移到转轴之前