[科普中国]-平衡迎角

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之为飞机的平衡状态，等速直线运动是飞机的一种平衡状态。
研究飞机的运动，我们采用的是机体坐标轴系。这种坐标轴的原点0取在飞机的重心，x轴在飞机的对称面内且与翼弦平行，称为飞机的纵轴，以指向机头为正；y轴在飞机对称面内，垂直于x轴，称为立轴，以指向座舱盖为正;z轴通过重心和Oxy平面垂直，以指向右翼为正，称为飞机的横轴(见图)。x、y、z轴构成右手坐标系。
飞机沿纵轴和立轴的移动，以及绕横轴的转动，与飞机的飞行速度和迎角有关，是发生在飞机对称面内的运动，通常称为纵向运动;而飞机沿横轴的移动和绕纵轴的转动，称为横向运动;飞机绕立轴的转动称为航向运动。飞机的平衡问题，归结为纵向平衡、横向平衡和航向平衡的问题。1

迎角迎角（Angle of attack）对于固定翼飞机，机翼的前进方向（相当于气流的方向）和翼弦（与机身轴线不同）的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

迎角大小与飞机的空气动力密切相关。飞机的升力与升力系数成正比；阻力与阻力系数成正比。升力系数和阻力系数都是迎角的函数。在一定范围内，迎角越大，升力系数与阻力系数也越大。但是，当迎角超过某一数值（称为临界迎角），升力系数反而开始减小，同时由于迎角较大时，出现了粘滞压差阻力的增量，阻力系数与迎角的二次方成反比，当超过临界迎角时，分离区扩及整个上翼面，阻力系数急剧增大。这时飞机就可能失速。

风雨对平衡迎角的影响飞机的飞行安全性是指在给定条件下其安全飞行的能力。降雨是影响飞机飞行安全性的重要因素之一。在强降雨过程中还会伴随有风的存在，如低空风切变或下击暴流等。2000年6月22日，一架运七飞机在武汉因遭遇强降雨天气而坠毁，事故原因调查发现，空难发生时在坠毁地点附近还曾出现了下击暴流。因此，研究风和雨同时对飞机飞行安全性的影响具有重要的意义。
无风时，降雨主要从以下几个方面来影响飞机的飞行特性:①雨滴撞击飞机会产生附加力和力矩；②飞机表面附着的水膜会改变飞机的气动特性；③水膜会改变飞机的质量特性，但飞机表面附着的水膜较薄，即使飞机遭遇到可能发生的最大降雨，降雨引起的飞机质量变化也不到总质量的1%，这种变化对飞机飞行的影响可以忽略。④
降雨时能见度降低会影响飞机驾驶员的视线和判断能力，可能导致飞行安全事故；⑤进气道吸入雨滴导致飞机发动机推力特性改变并可能导致发动机停车，但飞机在大多数飞行状态下都有一定的推力余量，因降雨引起的推力损失可通过调节油门来弥补，因此，在发动机不发生停车的情况下，可忽略发动机推力特性改变对飞机飞行的影响。当降雨过程中伴随有风时，风对飞机飞行的影响主要表现在:①风会改变飞机的空速和气动角；②风会使雨滴的运动方向和速度发生变化，影响雨滴对飞机的撞击力和力矩。

黄成涛研究了风雨同时存在时对飞机飞行安全性的影响，以供开展飞机飞行安全性评估及驾驶员应对操纵策略等研究时参考。

降雨时飞机的升力系数减小,驾驶员需拉杆增大迎角以使飞机达到平衡升力系数，同时，降雨使得飞机临界迎角减小，不利于飞机的安全飞行。风会改变飞机的迎角和空速，造成飞机的航迹发生变化，可能会导致着陆过程中的飞机提前触地而引起飞行安全事故。当风和雨同时存在时，由于飞机的平衡迎角增大，临界迎角减小，而风会导致飞机的迎角发生明显变化,致使飞机更易出现失速而发生飞行安全事故。2