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换个角度想问题
摘要：通过对平板法向运动的气动受力分析，提出了升力产生的基础原理；并提出了飞行受力和飞行控制的基本问题，提出了飞行操纵的方式及具体机构。
关键词：法向运动，飞行控制，气动干扰，稳定角，驾驶杆—双全动平尾机构
















                      换个角度想问题
一．升力产生原理:
现有升力理论并不具有普遍的适用性，比如不能解释鸟类、昆虫的飞行及降落伞的等问题，这些问题的解释归结出空气动力学的基本模型：平板法向运动的受力问题。






如图1，根据能量守恒定律和动量守恒定律：
F•v•t=0.5ρ•S•v•t•（v＇2-02）   (t为时间，v＇为空气F•t=ρ•S•v•t•（v＇-0）           分子碰撞后速度)
即
F=0.5ρ•S•v＇2
F=ρ•S•v• v＇
消去v＇得
F=2ρ•S•v2,即面积为1平方米的平板以1米/秒的速度在空气中做法向运动时受到2×1.293×1×12=2.586牛的空气阻力。
验证实验：









如图2，测出速度v,以验证砝码重力、平板面积、运动速度三者关系是否符合公式：F=2ρ•S•v2。
功率N=F•v,v=√F/2ρ•S,因此，
N=√F3/2ρ•S，1平方米的机翼面积产生1牛的力需要消耗√13/2×1.293×1=0.62瓦的功率。
升力产生原理：







如图3，当平板一仰角α在空气中运动时，其法向分速度
v=v•sinα,因此升力：
F=2ρ•S•vn2=2ρ•S•v2•sin2α
所耗功率N=f•v=F•sinα•v,v•sinα= vn= v=√F/2ρ•S
N= v=√F3/2ρ•S
二．飞行力系：







如图4，G为飞机重力，f为机身产生的无用阻力即废阻力，
飞机的飞行功率为：
N=N1+F1•v•cosα
上式中N1为发动机产生拉力F1所要消耗的功率，对于螺旋桨飞机，螺旋桨产生拉力同样遵循升力原理，由功率公式
N= v=√F3/2ρ•S可知，螺旋桨桨面积越大，产生同样拉力所要消耗的功率越小。
F1•v•cosα=（F•tgα+f）•v•cosα
        =F•v•sinα+f•v•cosα   （v•sinα=vn=√F/2ρ•S）
        =√F3/2ρ•S+f•v•cosα
    因此所需要的发动机总功率为：
N=√F3/2ρ•S+N1+f•v•cosα
上式中第一项为主要部分，可以此作为设计飞机功率的初步依据，F=G•cosα,√F3/2ρ•S=√G3•cos3α/2ρ•S≈√G3/2ρ•S。
废阻力的降低：








如图5，f1=2ρ•S1•V2•sin2α•sinα,f2=2ρ•S2•v2,S1=S1•sinα
∴f1=f2•sin2α
横截面积一定的情况下，表面冲角越小，阻力越小，机头长度与横截面积之比对降低废阻力起着决定性作用。
三．飞行控制：
飞行控制本质上是对机翼升力的大小和方向的控制，包括两个方面：飞行稳定和飞行操纵。
（一）飞行稳定：







如图6，建立机翼坐标系，
由于气体分子运动存在所谓“涨落”现象，即空间某一区域气体密度、分子速度矢量分布的参数波动现象，当机翼与空气作相对运动时，机翼附近空气的涨落现象就构成了对飞机的气动干扰，即升力分布中心位置的波动。如图，设某一瞬时升力中心偏移到O＇点，则偏移力矩对飞机构成俯仰和横向的扰动，俯仰扰动使机翼升力的大小产生波动从而造成波状飞行；横向扰动使机翼升力的方向发生偏转从而造成转弯向心力的产生。因此，分别设置水平安定面和垂直安定面（或机翼上反角）来提供俯仰稳定性和横向稳定性。
1．俯仰稳定性：





    如图7，设飞机某一瞬时受到气动干扰而产生俯仰方向的微小偏转，机翼升力要产生增量ΔF，水平安定面产生回复力F′，ΔF使飞机产生上升加速度a=ΔF/m；F′产生回复力矩M= F/•r,
r为飞机重心到水平安定面的力臂长度，回复力矩使飞机产生角加速度ε=M/Jx，Jx为飞机的俯仰转动惯量。我们希望回复效应大于上升效应，则如图以距离飞机重心为单位长度（即旋转半径为1米）的P点作为判比标准，则P点的回复加速度为a＇=ε•1=ε米/秒2。回复效应大于上升效应，即a＇≥a。
a＇≥a，a＇=ε=2ρ•S＇•v2•sin2β•r/Jx
        a=2ρ•S•v2•［sin2（α+β）-sin2α］/m
         =2ρ•S•v2•(sin2α•sinβ•cosβ+cos2α•sin2β)/m
      ∴S＇≥S•Jx•(sin2α•ctgβ+cos2α)/m•r
上式中，β称为俯仰稳定角，用以表征飞机的俯仰稳定性能，β越小，飞机的俯仰稳定性越好。
2．横向稳定性：







如图8，设飞机某一瞬时受到气动干扰而绕Y轴产生横向微小偏转，机翼升力要产生水平横向分力即转弯向心力F•sinβ，垂直安定面产生回复力F＇，转弯向心力使飞机产生向心加速度a=F•sinβ/m；F＇产生回复力矩M=F＇•r，r为飞机重心到垂直安定面的力臂长度，回复力矩使飞机产生角加速度ε=M/Jy，Jy为飞机的横向转动惯量。同样以距离飞机重心为单位长度的P＇点作为判比标准，则P＇点的回复加速度为a＇=ε•1=ε米/秒2。
回复效应大于转弯效应，a＇≥a。
a＇≥a，a＇=ε=2ρ•S＇•（v•sinα•sinβ）2•r。Jy
        a=2ρ•S•v2•sin2α•sinβ/m
      ∴S＇≥S•Jy/m•r•sinβ
上式中，β称为横向稳定角，用以表征飞机的横向稳定性能，β越小，飞机的横向稳定性越好。
因此，具有飞行稳定性的飞机，布局结构应是“海豚”式的：






（二）飞行操纵：
飞行操纵也就是对机翼升力大小和方向的操纵，即对机翼仰
角和横向侧倾角的操纵，横向侧倾角指飞机绕速度轴线偏离水平位置的转角。因此，采用驾驶杆—双全动平尾机构实现飞行操纵。







如图10，前后推杆时，两平尾同向等角转动，控制机翼仰角；左右推杆时，两平尾差动反向转动，产生横滚力矩。

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法航客机这次失事就可能因为飞机稳定性问题出事的。现代飞机的安全性问题很让人提心吊胆。现代飞机在稳定性上不够重视，这让人们付出了承重的代价。
飞行员太没经验了，飞机遇强风时切忌作大角度机动动作，大飞机飞行稳定性本来较差，颠簸也比解体好啊。应该减小动力频繁作小角度机动。