采用放宽静稳定性设计的飞机有什么优势？ 第1页

为什么有时候我们需要一架静不稳定的飞机？

首先，什么是静稳定？

说到静稳定，有一张图已经迫不及待要跳出来了。

小球本来静止在平衡位置，现在有好事者推动小球一下。

显然图a中小球会来回摇摆几下然后回到原来的位置，这就叫静稳定，小球受到扰动后，会有让他回归原有位置的力。

图b中的小球受到扰动后肯定头也不回地就滚下去了，这就是静不稳定，受扰动后受到偏离原有位置的力。

图c中的小球受扰动之后既不会回到原位，也不会加速跑掉，这种状态将静稳定与静不稳定分隔开来，叫中立稳定（不过现实中一般看不到就是了）

是不是超级简单？

对于飞机来说，拥有静稳定性基本就是要求重心的前后位置要在焦点之前。（影响静稳定性的因素不止一个，不过重心前后位置是最突出的那一个）

等等，焦点又是啥？

焦点还有气动中心、中性点等名字，是飞机受扰动后升力增量的作用点，记住，是增量。飞机因为姿态改变导致的升力变化都可以等效为升力的变化值作用在了焦点上。

为什么重心在焦点之前，飞机就会具有静稳定性呢？

看图，看图。

飞机平稳飞行——受到扰动，机头上偏了一点——飞机迎角增大——全机升力增大——增加的升力可以等效为作用在了焦点上，绕重心产生低头力矩——机头上偏被抑制，迎角减小。。。这是个收敛的过程

飞机平稳飞行——受到扰动，机头上偏了一点——飞机迎角增大——全机升力增大——增加的升力可以等效为作用在了焦点上，绕重心产生抬头力矩——机头进一步上偏，迎角继续增大。。。这是个发散的过程。而且可能向上发散也可能向下发散，取决于扰动方向。

来个算例试试？

首先我们需要先设计一架静稳定的飞机

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时间过去好多天。。。

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Duang，设计好了，一架总重5kg的波音787模型飞机

我们来算算静稳定性的改变对飞机性能有哪些影响

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时间又过去几天。。。

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Duang，算好了，如下图（静稳定裕度越大，飞机重心越靠前，静稳定性越强）

可以看到，适当的静不稳定可以获得以下好处：

• 提高飞机升阻比
• 减小主机翼负担，可以减轻结构重量

除此以外，随着静稳定性的放宽，对水平尾翼维持稳定的能力的要求也降低，可以减小尾翼面积和机身长度，进而减轻重量

在超音速飞行时，放宽静稳定性就显得更加重要。亚音速飞行时，飞机焦点大概在机翼平均气动弦25%的位置（就是靠前），超音速飞行时，飞机焦点会往后移动，达到差不多50%弦长处（就是往后移动了挺长距离），如果飞机在亚音速下是静稳定的，那么他在超音速下静稳定性就更强了，飞机会为了配平付出极大的阻力代价，导致升阻比很低。。

如果将飞机设计为亚音速静不稳定，当超音速的时候焦点后移，那他就变成静稳定的了。这样亚音速时可以提升升阻比，超音速时可以减小配平阻力，这称为放宽静稳定。

所以总的来说，适当的降低静稳定性，甚至是静不稳定可以提高飞机升阻比，减轻结构重量。

习惯性扩展一下

为什么协和飞机早在1969年就实现了超音速巡航，而F22在21世纪初才做到超音速巡航，其中一个原因就是协和可以通过内部燃油的流动调整整个飞机的重心前后位置，在飞控水平不高的年代可以做到双卡双待：亚音速飞行用卡1，重心在前面；超音速飞行用卡2，重心在后面。协和可以通过调整重心位置轻松实现超音速巡航，而体型小的战斗机显然没办法用燃油配重心来解决超音速巡航的配平阻力问题。

恭喜大飞机又学会了除“我关掉了两台发动机”之外，又一个小飞机做不到的技能。

飞机的静稳定性和重心位置相当重要。民航飞机在起飞前都要根据乘客坐定后，使用货物对全机重心进行调配。也有客机上发生骚乱，乘客全都跑到前面导致飞机失控坠毁的。

2010年，在刚果坠毁的一架空客A330飞机，就是因为客舱内突然出现一只鳄鱼，吓得乱作一团的旅客同时涌向驾驶室，结果导致飞机失去平衡而坠毁。

放宽静稳定性这么好，只需要让飞控设计师多加加班多写点代码就可以减重减阻，我不说你们都知道怎么选吧

（部分图片来自网络）

本文选自微信公众号"飞行课"，感兴趣的小伙伴可以关注公众号获得最新文章哦

（虽然现在也才发布一篇，不过手里的稿子已经迫不及待啦）