空战理论科普系列（1）
总论航空飞行器的飞行指标分为六个自由度：三个正交方向（前后、上下和左右）与绕三条正交坐标轴的转动（滚转、偏航和俯仰),它们的控制方法为：操纵副翼改变滚转，操纵升降舵改变俯仰，操纵方向舵改变偏航，调节发动机油门杆调节纵向加速度，但一般无法直接控制横向和法向运动，需要通过俯仰和滚转操纵进行间接控制。
航空飞行器由指令输入装置inceptors和效应器effectors构成，其中前者指驾驶舱内的操纵装置，如驾驶杆或驾驶盘、脚踏板等，后者指机体上的控制面，如副翼、升降舵等。
<hr/>稳定性
飞机的稳定性是飞机在平衡态受到瞬时扰动后的变化情况，包括静稳定性和动稳定性。静稳定性研究的是飞机在平衡态受到瞬时扰动后的初始运动趋势,而动稳定性研究的是飞机受到瞬时扰动后的实际运动情况。为了简化飞机的稳定性分析,一般把飞机的运动分成两组:纵向运动和横、航向运动。纵向平面(又称对称平面)包括飞机的纵(机身)轴和垂尾,当飞机作水平直线飞行时该平面是铅垂的。纵向运动包括俯仰运动,沿纵向(前后)和法向(上/下)的平移运动。横向平面包括飞机的纵(机身)轴和机翼(假设非双机翼),当飞机作水平直线飞行时该平面是水平的。横、航向运动包括滚转、侧滑和偏航,也有学者将偏航运动称为航向运动。
[*]静稳定性一般分为如下三种情况：
[*](1)静稳定(具有正的静稳定裕度):飞机具有自动恢复到原平衡状态的趋势
[*](2)中立静稳定:飞机既无扩大,又无恢复原来平衡状态的趋势。
[*](3)静不稳定(具有负的静稳定裕度)：飞机具有沿初始扰动偏离平衡状态的趋势。
研究要求飞机在受瞬时扰动前均处于配平状态。俯仰瞬时扰动(例如由向上的阵风所引起)的影响是同时增加机翼和平尾上的升力。升力的合力的作用线与飞机纵轴的交点称为中立点(即气动中心),中立点与飞机质心之间的位置关系决定了飞机的静稳定性,这两点之间的距离称为静稳定裕度,当中立点位于质心之后时其值为正,这时飞机是静稳定的。
2.动稳定性。由于空气动力学特性中内在的非线性特性,以及飞机六自由度所带来的非线性和交叉耦合特性,对飞行器的运动进行详细分析是非常复杂的。然而,对于小扰动情况,可以假设运动是线性的,交叉耦合的影响很小,从而忽略复杂的非线性因素,对飞机的动态运动特性进行研究。在静稳定性中,运动被定义为静稳定、中立静稳定和静不稳定三种,但对于动稳定性,飞机的运动主要分为两种类型—周期运动和非周期运动。
[*]首先分析非周期运动。对于单自由度系统,若仿照静稳定性的分类,系统的响应如图2所示。由图2可见,当系统的运动为非周期运动时,动稳定等同于静稳定。要确定系统动稳定与否,只需看随着时间的增加系统响应的振幅相对于初始扰动是减小的(稳定)还是增加的(不稳定)。
[*]在周期运动的情况下(见图3),运动可能收敛(阻尼振荡)、等幅振荡或发散,这与前面所述的稳定性的分类是一一对应的。需要注意的是,图3中的所有示例都是静稳定的。这也说明,静稳定只是动稳定的必要条件,而非充分条件。
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