纵向稳定性(俯仰)

设计飞机时，为开发三个轴向期望的稳定性角度作了大量的努力。但是横轴的纵向稳定性被认为是最受不同飞行条件下特定变量的影响。纵向稳定性是使飞机绕横轴维持稳定的品质。它影响飞机的俯仰运动，即飞机头向上或向下的运动。纵向不稳定的飞机有一个逐渐爬升或者俯冲到非常极端状态的趋势，甚至是失速。因此，纵向不稳定的飞机变的难以飞行，有时还危险。 飞机的静态纵向稳定性或者不稳定性依赖于下面三个因素：

? 机翼对重心的位置

? 水平尾翼控制面对重心的位置

? 尾部控制面面积和大小

分析稳定性时，应该记得一个物体如果可以自由旋转的话，它总会绕它的重心旋转。

为获得静态纵向稳定性，机翼和尾部力矩的关系必须是这样的，如果力矩最初是平衡的，然后突然机头上翘，机翼力矩和尾部力矩将会改变以至于他们的力的总和将提供一个不平衡的但是恢复力矩，接着机头被再次向下拉。类似的，如果机头向下，结果力矩的改变使得机头向后。

升力中心，有时也叫压力中心，在大多数飞对称机翼中有一个趋势，即随着迎角的改变而改变它的前后位置。迎角增加时压力中心趋于向前移动，迎角减小时压力中心趋于向后移动。这就意味着机翼的迎角增加时，压力(升力)中心向前移动，趋于把机翼的前缘抬升的多一些。这个趋势给机翼带来了固有的不稳定特性。 图3－12所示的飞机处于平直飞行状态。线段CG-CL-T表示从重心CG到水平升降舵T点的飞机纵轴。CL点表示升力中心。

大多数飞机设计成机翼的升力中心CL在飞机的重心CG后面。这使得飞机出现“头重”现象，也要求水平升降舵有向下的力来维持飞机的平衡，以避免机头持续的向下俯。对“头重”的补偿是通过设置升降舵处于轻微的负迎角来实现的。这样就产生了保持尾部向下的力，来平衡很重的机头。就象线段CG-CL-T是水平的，CL点有向上的作用力，另外两个向下的力互相平衡，一个是作用在CG点的很大的力，另外一个是作用于T点大的小得多的力。应用简单的物理学原理就可以看到，如果CL点用铁条悬挂，而很大的重量挂在CG点，那么就会在T点产生维持水平平衡的向下作用力。

尽管平飞时水平升降舵可能是水平的，还是有来自机翼的向下气流。这个气流冲击升降舵的上表面产生向下的压力，在某一速度就足以保持飞机水平平衡。飞机飞的越快，向下的气流就越强，产生的作用于升降舵(T尾除外)的力也就越大，图3－13。

在固定位置的水平升降舵飞机中，飞机制造商设置一个升降舵迎角，以设计巡航速度和功率设置飞行时能够提供最好稳定性。图3－14

如果飞机速度降低，机翼上气流的速度也会降低。机翼上气流速度降低的结果是下洗流也降低，导致升降舵上向下的作用力变小。接着，“头重”特性加重，使得机头更加的向下俯。这样飞机就处于低头姿态，减少机翼迎角和阻力可以让空速增加，当飞机继续处于低头姿态时，它的速度增加，升降舵上向下的力再次增加。进而，尾部再次被向下压，机头抬升进入爬升姿态。

当爬升继续时，空速又降低，导致尾部的向下力又降低，直到机头更低。但是，因为飞机是动态稳定的，这回机头的降低就不会向前面降低的那么厉害。这次飞

机将获得足够的速度，更加逐渐的冲到另一个爬升状态，但是爬升不会象前一次那么陡峭。

经过几次减小的起伏后，起伏中机头时而抬升时而降低，飞机最终会在一个速度上平稳下来，这个速度会让尾部向下的力恰好平衡机头向下俯冲的趋势。当获得这样的条件后，飞机会再次平衡的飞行，只要高度和空速不变就会持续稳定的飞行。

当关闭节流阀时会注意到一个类似的效果。机翼的下洗流降低，图3－12中T点作用力不足以保持升降舵向下。这就好像T点的作用力让机头的重力下拉机头一样。当然这是想要的特性，因为飞机固有地试图再次获得空速和再次建立适当的平衡。

动力或者推力也有不稳定效果，增加的动力会趋于使机头抬升。飞机设计者可以通过建立一个“高推力线”来抵消这个效果，高推力线中推力从重心上方通过。图3－15和图3－16。这种情况下，当动力或者推力增加时，就会产生一个抵抗尾部向下载荷的力矩。另一方面，一个恰好的“低推力线”会趋于增加水平尾部控制面的抬升机头效果。

那么就可以得出结论，随着重心向升力中心的前面移动，尾部向下的空气动力，结果是飞机总是试图恢复到安全飞机姿态。

纵向稳定性的简单演示如下：把飞机配平到不用控制的平飞状态。然后快速的控制飞机头轻微的向下压。如果在短暂的时间内，机头抬升到原来的位置然后停止，飞机就是静态稳定的。一般的，机头会通过原来的位置，连续的慢速俯仰起伏随之而来。如果起伏逐渐停止，即飞机有正的稳定性；如果继续不稳定，那么飞机就有中性稳定性；如果起伏增加，那么飞机是不稳定的。

横向稳定性(侧滚)