力平衡

飞机在飞行时，所有作用于飞机的外力与外力矩之和都等于零的状态，称为力平衡，也称为飞机的平衡状态。

飞机受力介绍

飞行中，作用于飞机上的载荷主要有飞机重力、升力、阻力和发动机推力(或拉力)。飞行状态改变或受到不稳定气流的影响时，飞机的升力会发生很大变化。飞机着陆接地时，飞机除了承受上述载荷外，还要承受地面撞击力，其中以地面撞击力最大。飞机承受的各种载荷中，以升力和地面撞击力对飞机结构的影响最大。

飞机在等速直线平飞时，它所受的力有:飞机重力G、升力Y，阻力x和发动机推力P。为了简便起见，假定这四个力都通过飞机的重心，而且推力与阻力的方向相反，则作用在飞机上的力的平衡条件为:升力等于飞机的重力，推力等于飞机的阻力。即Y=G， P=X。

飞机作不稳定的平飞时，推力与阻力是不相等的。推力大于阻力，飞机就要加速；反之，则减速。由子在飞机加速或减速的同时，驾驶员减小或增大了飞机的迎角，使升力系数减小或增大，因而升力仍然与飞机重力相等。平飞中，飞机的升力虽然总是与飞机的重力相等，但是，飞行速度不同时，飞机上的局部气动载荷(局部空气动力)是不相同的。飞机以小速度平飞时，迎角较大，机翼上表面受到吸力，下表面受到压力，这时的局部气动载荷并不很大;而当飞机以大速度平飞时，迎角较小，对双凸型翼型机其来说，除了前缘要受到很大压力外，上下表面都要受到很大的吸力。翼型越接近对称形，机翼上下表面的局部气动载荷就越大。所以，如果机翼蒙皮刚度不足，在高速飞行时，就会被显著地吸起或压下，产生明显的鼓胀或下陷现象，影响飞机的空气动力性能。

飞机的力平衡问题归结为纵向平衡、横向平衡和航向平衡的问题。

纵向平衡

飞机在纵向平面内作等速直线飞行，并且不绕横轴转动的这样一种运动状态，称为纵向平衡。

飞机在纵向运动时，作用于飞机上的力主要有：机翼升力，水平尾翼升力，机身升力，空气阻力和发动机推力P以及飞机重力G，如图1所示。

这些力的大小和方向各不相同，因此对飞机重心的力矩亦不相同，有的力产生使飞机抬头的上仰力矩，有的力则产生使飞机低头的下俯力矩。为了使飞机不绕横轴转动，飞机的上仰力矩必须等于下俯力矩，即

此外，要使飞机保持等速水平直线飞行，作用于飞机上的各力也必须保持平衡，故: 机身和平尾产生的升力，一般情况下比机翼升力小得多，在具体计算时通常忽略不计。

飞机在飞行中，其平衡状态不是一成不变的，经常会因为各种因素的影响而遭到破坏。例如由于燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、发动机推力改变或投掷炸弹等，都会使飞机的平衡状态发生变化。

当飞机的平衡状态遭到破坏后，则上述的平衡条件便不能满足，也就是说飞机的上仰力矩不再等于下俯力矩，其差值便构成附加的不平衡力矩。因此，要使飞机保持纵向平衡状态，就必须克服这个不平衡力矩，克服的方法是操纵升降舵。例如，由于某种原因，飞机产生了附加的不平衡上仰力矩，使平衡状态破坏，此时驾驶员应当向前推杆，使升降舵向下偏转，于是在水平尾翼上产生向上的附加升力，该力对飞机重心形成下俯力矩，若其大小刚好和不平衡上仰力矩相等时，飞机便重新回到纵向平衡状态，继续飞行。

同样道理，飞机由于某种原因产生了不平衡的下俯力矩，驾驶员就应当用向后拉杆使升降舵向上偏转的办法来加以克服。

由此可知，升降舵的一个重要作用，就是当飞机的纵向平衡状态遭到破坏而出现附加的不平衡俯仰力矩时，可以借助于它的偏转来产生俯仰操纵力矩，以保持飞机原有的纵向平衡状态。

横向平衡

飞机作等速直线飞行，并且不绕纵轴滚转的这样一种飞行状态，称为横向平衡。

由图2可知，当飞机作等速直线飞行时，使飞机绕纵轴滚转的力矩，主要是由两边机翼上的升力及其重力所产生。为了使飞机不绕纵轴转动，保持横向平衡，使飞机右倾的力矩总和应当等于使飞机左倾的力矩总和，即

式中: 和分别表示右机翼和左机翼的升力，和分别表示右机翼和左机翼上的载重，a, b, c, d则分别表示这些力到飞机重心的垂直距离。显然，当两边机翼的重量、几何参数和气动特性完全对称时，则， ,a=b,c= d，左倾力矩总和等于右倾力矩总和，飞机将处于横向平衡状态。但是如同纵向情况一样，飞机的横向平衡状态也会由于两边机翼安装角不同或者副翼不在中立位置，或者机翼两边的装载不同而遭到破坏。另外，对于装有螺旋桨的飞机来说，当螺旋桨旋转时，还会产生与旋转方向相反的滚转力矩。例如当螺旋桨向右转动时，桨叶迫使空气亦跟着向右旋转，根据作用与反作用原理，空气便给螺旋桨一个大小相等、方向相反的反作用滚转力矩，它使飞机向左倾斜，如图2所示，这也会使飞机的横向平衡遭到破坏。

由此可见，飞机的横向平衡经常会因为各种原因而遭到破坏，为了保持飞机的横向平衡状态，驾驶员可以操纵副翼，使飞机产生横向平衡力矩，来克服不平衡的滚转力矩。

当飞机出现向右滚转的不平衡力矩时，驾驶员应当向左压杆，这时右副翼向下偏转，左副翼向上偏转，右机翼升力增大，左机翼升力减小，形成使飞机向左滚转的平衡力矩，抵消不平衡的右滚力矩，从而恢复横向平衡状态。同样道理，当飞机向左倾斜时，则可用向右压杆的办法来克服。所以副翼的一个重要作用，就是可以借助于它的偏转，保持飞机的横向平衡状态。

航向平衡

飞机作等速直线飞行，并且不绕立轴转动的这样一种飞行状态，称为航向平衡。

由图3可知，当飞机作等速直线飞行时，使飞机绕立轴转动的偏航力矩，主要由两边机翼的阻力和发动机的推力(多发动机飞机)所造成。为了使飞机保持航向平衡就必须使飞机左转的航向力矩总和，等于使飞机右转的航向力矩总和，即

飞机的航向平衡如同纵向情况一样，经常会由于两边机翼重量、气动特性以及发动机工作状态的不对称而遭破坏，特别是当一边机翼上的发动机停止工作时，引起的不平衡情况尤为严重。例如若右翼的发动机停车，即，则发动机的推力将形成使飞机向右偏转的不平衡力矩，在此力矩作用下，飞机向停车发动机一侧偏转。为了保持原来航向平衡状态，驾驶员应当用左脚蹬舵，使方向舵向左偏转，此时在垂直尾翼上产生向右的侧向力Z，它对立轴形成与不平衡力矩相反的平衡力矩，使飞机保持原来的航向平衡状态。

在自然界，许多现象都是互相联系、互相依赖、互相制约着的。飞机的横向平衡和航向平衡之间的关系也是这样。当航向平衡破坏时，则横向平衡也不能保持;反过来，若横向平衡遭到破坏，则航向平衡也要被破坏。例如飞机受到突风的偏航力矩，如不及时修正，机头将向右偏转，结果飞行速度方向和飞机对称面之间便产生某个角度a，通常称为侧滑角。由于a的存在，破坏了机翼相对气流的对称性，引起两边机翼升力不相等，左机翼升力大，右机翼升力小，形成向右的滚转力矩，使横向平衡也被破坏。

由于航向平衡和横向平衡之间关系如此密切，通常把二者合在一起，称为飞机的侧向平衡，又称横侧平衡。显然，为了保持飞机的侧向平衡，经常需要同时操纵副翼和方向舵。

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