[科普中国]-方向操纵性

概念

飞机的操纵性是指飞行员的操纵动作(如推、拉驾驶杆等)改变飞行姿态的性能，它主要是通过飞机上的三个操纵面：升降舵、方向舵和副翼来实现的。飞行员操纵飞机时，手脚的操纵动作与飞机转动的方向是一致的。符合人体运动的本能习惯。

飞机操纵性包括俯仰操纵性、横侧操纵性和方向操纵性。

飞机的方向操纵性是指飞行员蹬踏左、右脚蹬时，飞机相应改变飞行方向的特性．它是通过偏转方间舵使飞机统机体竖轴旋转来实现的。当飞行员蹬踏左脚蹬时．方向舵向左偏转，此时垂直尾翼上产生右向的附加升力，对机体重心形成逆时针操纵力矩，使机头向左偏转；反之．当飞行员蹬踏右脚蹬时．方向舵向右偏转，此时垂直尾翼上产生左方向的附加升力，对机体重心形成顺时针操纵力矩，使机头向右偏转。2

飞机的方向操纵性，就是在飞行员操纵方向舵后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行特性。与俯仰角相似，在直线飞行中，每一个脚蹬位置，对应着一个侧滑角，蹬右舵，飞机产生左侧滑；蹬左舵，飞机产生右侧滑。方向舵偏转后，同样产生方向舵枢轴力矩，飞行员需要用力蹬舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，气动动压越大，蹬舵力越大。3

影响因素飞机的操纵性不是一成不变的，它要受到许多因素的制约，影响飞机操纵性的因素有飞机重心位置的前后移动、飞行的速度、飞行高度、迎角等。平飞、上升和下降指的是飞机既不带倾斜也不带侧滑的等速直线飞行。这也是飞机最基本的飞行状态。飞机平飞、上升和下降性能是飞机最基本的飞行性能。如，平飞最大速度、平飞最小速度、最大上升角、最大上升率，升限、最小下降角、最大下降距离等，这些都是飞行员首先要学习和掌握的。3

飞机操纵性的好坏与飞机的稳定性之间存在着一定的排斥关系。如果飞机的焦点(飞机迎角改变时，附加升力的着力点)位置过于靠后．飞机的稳定性很好，因此飞机抵抗飞行状态变化的力和力矩会很大，飞机对飞行员操纵的响应就会很慢，飞机的操纵性也就不好：反之，飞机的焦点靠前，稳定性变差，飞机对操纵的响应变得灵敏，操纵特性变好。现代民用飞机都要求具有足够的稳定性和良好的操纵性。4

基本原理飞行中通过操纵方向舵改变侧滑角的基本原理同操纵升降舵改变飞机迎角的原理基本类似。飞行员通过蹬右舵，操纵方向舵向右偏转，垂直尾翼上产生向左的附加气动力，它对飞机重心产生的力矩打破了原有的方向平衡，使飞机机头向右偏转。机头右偏，产生左侧滑，由左侧滑引起的方向稳定力矩有使飞机机头左偏的趋势。开始时，由于操纵力矩大于方向稳定力矩，飞机机头继续左偏。随着侧滑角的增加，方向稳定力矩增加，当方向稳定力矩和操纵力矩相等时，飞机稳定在一个新的较大的侧滑角上。可见，在不带滚转的直线飞行中，每一个脚蹬位置对应着一个侧滑角。蹬右舵，飞机产生左侧滑。蹬左舵，飞机产生右侧滑。类似于升降舵的偏转，方向舵偏转后也会产生方向铰链力矩，飞行员需用力蹬舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，气流动压越大，蹬舵力就越大。1

方向操纵性和横侧操纵性的关系飞机的方向操纵性和横侧操纵性与方向安定性和横侧安定性一样，也是互相联系和相互影响的。

分析飞机方向操纵性时，我们假设飞机是无滚转的。而在分析横侧操纵性时，又假设飞机是无侧滑的，目的是为了便于问题的分析。然而在实际飞行中，侧滑和滚转常常是同时出现的。

例如，飞行员蹬左舵，飞机向左偏转，产生右侧滑时，由于机翼上反角和后掠角的作用，右翼升力比左翼的大，形成横侧安定力矩，使飞机向左滚转。同理，蹬右舵，飞机产生左侧滑时，飞机向右滚转。

又如，飞行员向左压盘，飞机向左滚转，在升力和重力的合力作用下，飞机向左做曲线运动，产生左侧滑。在左侧滑中，相对气流从飞机左前方吹来，在垂直尾翼上产生向右的空气动力，对重心形成向左的方向安定力矩，使飞机向左偏转。同理，向右压盘，产生右侧滑，飞机在向右滚转时，还向右偏转。

可见，只蹬舵，飞机不仪绕立轴偏转，同时还会绕纵轴滚转；只压盘，飞机不仅绕纵轴滚转，同时还会绕立转偏转。就是说，无论蹬舵或压盘，都能造成飞机的偏转和滚转。知道这种关系很有用处，如大迎角飞行时，横侧操纵性变差，这时可用蹬舵来改变或修正飞机的坡度。又如在飞行中，如果方向舵或副翼中任意一个失去效用时，仍然可操纵飞机转弯。

所以，研究飞机的方向操纵性和横侧操纵性时，应结合起来研究。方向操纵性和横侧操纵性总合起来又叫飞机的侧向操纵性。5