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似性。
根据对航海术语的采用，飞机纵轴固定后的运动称为“侧滚”，横轴固定时的运动叫“俯仰”；
最后，飞机垂直轴固定后的运动叫“偏航”，就是飞机头水平的左右运动。
飞机的三个运动由三个控制面控制。侧滚由副翼控制，俯仰由升降舵控制，偏航由方向舵控
制。对这些控制的使用在第四章解释－飞行控制。
运动和力臂
物理学研究表明如果一个物体可以自由旋转的话，将总是绕它的重心旋转。在空气动力学术
语中，对飞机的趋向绕它的重心旋转的精确测量叫力矩。力矩是所施加的力和作用点距离的
乘积。力臂是从参考点到作用力的距离。为计算飞机的重量和平衡，力矩用力臂距离乘以飞
机的重量来表示，简单说是英寸磅(距离乘以重量，公制单位是牛顿米)。
飞机设计者把飞机的重心位置或前或后的定位在尽可能靠近平均动力弦的20%位置。如果
推力线设计成水平的通过重心，这样当动力改变时也不会导致飞机俯仰，因此飞行中不管是
有动力还是停机状态力臂都不会有差别。尽管设计者对阻力的位置可以有些控制，它们也不
总是能够让合成阻力通过飞机的重心。不过，它们最能够控制的其中之一就是尾部的大小和
位置。目标是让力矩(由于阻力，推力和升力产生)尽可能小；用适当的尾部位置作为任何飞
行条件下的飞机提供纵向平衡的手段。
飞行时，除了通过改变迎角来控制升力中心外，飞行员没有对作用于飞机的力的位置作直接
控制。然而，迎角的这个改变会立即的影响到其它力的改变。所以，飞行员不可能单独改变
一个力的位置而不改变其它效果。例如，空速的改变伴随升力的改变，以及阻力的改变，还
有尾部向上和向下的力也会改变。当象紊流和阵风这样的力作用于飞机时让飞机移动，飞行
员通过提供反向的控制力来对抗这样的力。
某些飞机在载荷变化时引起重心位置的变化。配平设备用来抵消由燃油消耗，载荷或者乘客
或货物的非载荷因素导致的力。升降舵配平片和可调节水平尾翼组成了为飞行员提供载荷配
平的最常用设备。
在大飞机的大范围飞行平衡中，如果不提供配平的手段，那么飞行员必须施加的用于控制的
力将会是过多的且使人容易疲劳。
飞行员航空知识手册
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设计特性
每一个飞过很多类型飞机的飞行员已经注意到操作是有些区别的，那就是对控制压力的抵抗
和相应都有它们自己的方式。训练型飞机对控制有快速的相应，而运输型的飞机通常感觉控
制繁重而且对控制压力的响应也更慢。通过考虑特定的稳定性和机动要求，这些特征可以设
计到飞机中使特定用途的飞机容易实现。在接下来的讨论中，要总结一下更为重要的飞机稳
定性方面；讨论稳定性是如何分析的；以及不同飞行条件下它们的关系。简而言之，稳定性，
机动性和可控性的主要区别如下：
稳定性－这是飞机纠正那些可能改变它的平衡条件的内在品质，以及返回或继续在原始
航迹上飞行的能力。这是一个飞机的主要设计特性。
机动性－这是飞机容易机动且承受机动引发的压力的能力。它受飞机的重量，惯量，大
小，飞行控制的位置，结构强度，以及发动机等因素决定。这也是一个飞机的主要设计
特性。
可控性－这是飞机对飞行员控制的响应能力，特别考虑的是航迹和姿态。它是飞机对飞
行员操作飞机时施加控制的响应特性，和稳定性特性无关。
稳定性的基本概念
飞机飞行的航迹和高度仅受飞机的空气动力学特性，推进系统和它的结构强度限制。这些限
制表明了飞机的最大性能和机动性。如果飞机要提供最大效用，在这些限制的全部范围内必
须是安全可控的，且不超出飞行员的强度和要求额外的飞行能力。如果飞机沿任意航迹笔直
稳定的飞行，那么作用于飞机的力必定是静态平衡的。任何物体的平衡受到破坏后的反应和
稳定性有关。有两种稳定性：静态的和动态的。先讨论静态的平衡，这里的讨论将用到下面
的定义：
平衡－所有作用于飞机的相反的力都是平衡的。(飞机处于稳定的不加速的飞行状态)
静态稳定性－当平衡被破坏后飞机显示出的最初趋势。
正静态稳定性－飞机平衡被破坏后返回到原来平衡状态的最初趋势。图3－10
负静态稳定性－飞机平衡被破坏后持续偏离原来平衡状态的最初趋势。
中性静态稳定性－飞机平衡被破坏后维持在一个新条件的最初趋势。
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静态稳定性
飞行中飞机的稳定性比解释的要稍微复杂的多，因为飞机可以自由的向各个方向运动，且俯
仰和侧滚以及方向都必须是可控的。设计飞机时，工程师必须在稳定性，机动性和可控性之
间折中；因为飞机的三个轴向自由度使得问题变的更加复杂了。太高的稳定性对机动性有害，
类似的，不足的稳定性对可控性也有害。在飞机设计中，这两者(稳定性和机动性)之间的折
中是个关键。
动态稳定性
静态稳定性定义为飞机在平衡条件被破坏后显示出来的初始趋势。有时候，初始趋势和总体
趋势不同或者相反，因此必须区别这两者。动态稳定性是飞机的平衡被打破后显示出来的总
体趋势。图3－11 的曲线显示了受控的功能随时间的变化。可以看出时间单位非常重要。
如果一个周期或者一个起伏的时间单位超过10 秒，这叫长周期振动(起伏运动)，且容易被
控制。在纵向长周期振动中，当空速增加或者降低时，迎角保持不变。对于某一角度，期望
振动会收敛，但是不是必须的。起伏运动只能在静态稳定的飞机上测定，这对飞机的配平质
量有很大的影响。如果一个周期或者一个起伏的时间单位小于一秒或者两秒，这称为短周期
振动，如果不是不可能的话，飞行员通常是非常难以控制的。这是飞行员很容易增强它的一
种振动类型。
中性或者发散的短期振动是危险的，如果振动不是快速阻尼的话，一般会导致结构化失效。
短期振动影响飞机和控制面是类似的，它们表现为飞机的纵向摆动，或表现为控制面的振动
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飞行员航空知识手册(24)
