都铎王朝的覆灭(下)

xlan1976 · 发表于 2013-9-26 23:19:45

嘿嘿，神牛终于把下出了

其实神牛写上的时候我就一直想就这个问题科普一下，因为飞机的操稳性是飞行力学里一个比较重要的内容，同时又比较好理解，特别是对于这里的人来说。。

不过那时写的太多怕剧透的太厉害了。。所以等到现在神牛写完了，我再来详细的讲一下

好了，接下来开讲：
首先要说一下，什么是飞机的稳定性，简单的说，飞机的稳定性就是在飞机飞行时，当出现一个使飞机偏离原有飞行姿态的非预期的趋势时，飞机自动恢复其原有飞行姿态的能力。如果在遇到这样的非预期的趋势时，我们叫做扰动，飞机能够产生克服这一扰动，使飞机恢复原有姿态的气动力矩，那么这架飞机就是稳定的，如果在遇到扰动时，飞机不能产生恢复力矩，甚至产生的气动力矩使扰动趋势增大，那么这架飞机就是不稳定的。
飞机的稳定性，我们按照飞机绕三个坐标轴的运动，分为纵向稳定性，也就是飞机绕横轴运动的稳定性，又叫俯仰稳定性；方向稳定性，也就是飞机绕立轴运动的稳定性，又叫航向稳定性；侧向稳定性，也就是飞机绕纵轴运动的稳定性，又叫横向稳定性；在实际飞机的操作上，航向稳定和侧向稳定是密切相关的，因此常常把它们合起来叫横侧稳定性。
具体到都铎飞机的这次事件，很明显就是因为飞机重心位置后移超过了允许范围，导致飞机的纵向稳定性变差，甚至到了升降舵产生的主动操纵力矩都无法克服的地步，最终导致飞机失事。。
那么飞机的重心位置跟飞机的纵向稳定性有什么关系呢，这里首先介绍一个概念，焦点。飞机的焦点是指飞机上升力增量的作用点。焦点与重心的相对位置对飞机的俯仰稳定性有很大的影响，具体的说，如果焦点在飞机重心之后，那么假设一架这样的飞机在正常水平飞行时，此时飞机上的气动力与重力达到平衡，飞机上的俯仰力矩为零。如果飞机突然遇到一个使迎角增大的扰动，迎角增大会使升力增加，也就是说会产生一个向上的升力增量，由于这个升力增量产生前，飞机上各力达到平衡，因此这个升力增量使飞机产生一个俯仰力矩，由于这架飞机升力增量的作用点也就是焦点在重心之后，所以此时产生的是一个低头力矩，使飞机迎角减小，从而克服一开始的扰动，使飞机恢复平飞姿态。反过来，如果焦点在飞机重心之前，那么上述这个例子中，升力增量产生的就是一个抬头力矩，使飞机的迎角进一步增大。。如果没有飞行员的主动操纵干预即通过主动操做舵面产生操纵力矩来克服这个扰动，那么这架飞机就会在这个扰动作用下迎角一直增大，直至失速。。
飞机在各个飞行状态下的焦点在飞机设计时就已经决定了，而飞机的重心位置根据不同的业载分布会有所变化，飞机在飞行过程中不断消耗燃油也会导致重心的变化，因此控制飞机的重心变化范围使之始终在飞机焦点之前保持一定距离，是保证飞机俯仰稳定性的重要方法。
对于飞机的俯仰稳定性有重要影响的另一个因素是升降舵，按照上面的分析可以看出，如果飞机受到一个抬头扰动，位于机尾的升降舵会自行产生一个低头力矩来克服这个扰动，反之亦然。所以为什么说鸭翼飞机先天稳定性差呢，就是因为它把升降舵从机尾挪到了机头。。这样升降舵原本对俯仰稳定性的正面作用就变成了相反。。

就这架都铎而言，由于重心偏离后极限过远，从事后分析计算看，应该是已经到焦点的后面了，但由于还有方向舵的影响，所以在一定空速以下，依靠升降舵的稳定作用还可以保证正常飞行，而超过一定空速，升力增量所产生的不稳定力矩就超过升降舵的能力了。。在事故发生时，机长推油门使飞行速度有了一个突然的增加，飞行速度增加会使升力增大，这个突然产生的升力增量产生了一个比较大的抬头力矩，使飞机突然抬头，迎角增大，升力进一步增大，升力增量进一步增大，抬头力矩也不断增大，方向舵产生的主动操纵力矩也无法克服，飞机进一步抬头，迎角再增大。。直到到达失速迎角，然后。。就没有然后了。。
至于横向稳定性和方向稳定性有时间再说吧，这里就不占篇幅了。

那么稳定性是不是越大越好呢，也不是这样的，因为稳定性大固然可以自动产生比较大的恢复力矩来克服比较严重的扰动，但同样的，当飞行员主动操纵飞机改变姿态时，也不得不产生比较大的操纵力矩来克服这个自行产生的恢复力矩。。

因此操纵性和稳定性就是一对矛盾，稳定性好，操纵性就会变差；追求好的操纵性，稳定性就得有所牺牲。。所以一架好的飞机就是要根据性能要求在操纵性和稳定性之间取得平衡。
在计算机系统引入飞机之前，所有的飞机都是以稳定性为前提的条件下进行设计的，这是因为飞机在实际飞行时，遇到的流场是非常复杂并且瞬息万变的。基本上飞机在飞行时时都会遇到各种各样的扰动，如果飞机的稳定性差，完全依靠飞行员的反应来操纵飞机，是根本无法正常飞行的。。随着电子技术的发展，现在的飞机可以通过计算机化的飞行控制系统实时对各个舵面进行调整，来保证飞机产生恢复力矩克服扰动正常飞行，这样对于气动设计上飞机自行产生恢复力矩的要求就降低了，因此我们现在在设计上可以更加偏向操纵性一些，这对于战斗机的设计尤为重要。不过到目前为止，除了少数验证机，好像还没有听说过有谁设计出过完全不稳定的飞机投入实用。。

空气精灵 · 发表于 2013-9-26 23:22:38

holycow 发表于 2013-9-26 23:18
* x$ W( ]% q" ]& }' Y* y2 H3 k头等舱力臂比较长，你这叫四两拨千斤

xlan1976 · 发表于 2013-9-26 23:22:50

beyourself 发表于 2013-9-26 08:32
* B/ A( j' ^' ]% ?0 [这个好像和飞机关系不大吧，像是机长的责任更大一些。& z- K+ g! e8 c& c& u, V
如果重心偏差280厘米的情况发生在其它飞机上，会不会 ...

这么大的差距估计其它飞机也吃不消。
机长的责任在于没有准确的计算飞机的重心位置。不过当时的运行程序好像也有问题，好像完全是靠机组自己计算配载，这在今天是不可能出现的。。

xlan1976 · 发表于 2013-9-26 23:24:09

维京老海盗发表于 2013-9-26 11:55 ; V" `: |2 f+ l8 @4 @. C- }
现代的客机是否也有配平的问题需要注意呢？

当然会有，只要是在大气里飞行就会有这个问题

xlan1976 · 发表于 2013-9-26 23:29:59

晨池发表于 2013-9-26 14:00 4 O8 V( X' L5 `# v- J
真的吗？一个人顶多一百公斤会造成这么严重的现象。
$ g2 o4 {1 g ~( n* T+ T不过我还没见过谁在飞机上换座位呢 ...

一个人的影响不会太大，特别是对于大飞机来说，但是一群人的影响就大了

有一个换座位的，就会有一群换座位的，你能说让这个换，不让那个换吗，所以干脆就都不许换，这个跟飞机上不让用手机一个道理

当然，飞机上换座位其实还是很普遍的，特别是在飞机上比较空的时候，这个在作配载时其实会有所考虑。但换座位必须得到乘务的允许，因为乘务会根据情况使旅客在客舱内尽量平均分布，这样对重心的影响就很小了。
当然有些情况下，可能一开始重心限制就比较死，这时就不让换座位了，不过这个情况一般机长会提前告知乘务组

只用五笔 · 发表于 2013-10-8 08:13:48

看成多铎王朝了

老票 · 发表于 2014-2-4 19:43:16

关于配平问题，还请神牛点评一下2002年大连的5.7空难：当时机舱中部偏后位置起火，乘客们都朝前涌，导致机头过重无法拉起而坠毁，这个说法是否有道理？

如果正确，那么MD-82的两个引擎都位于机舱后部，是否也会导致配平难度更大？有朋友听过黑匣子录音，是这么跟我说的。

这架注册号为B-2138的MD-82可谓多灾多难：1993年12月8日，它曾被劫持到台湾，更早时这架飞机还曾在长春被劫持过。

说个自己的经历进一步请教下： 1997年来上海，夜间航班盘旋路过外滩，机长关掉机舱内灯光，然后通知旅客们可以都到右舷窗去看外滩夜景... 当时飞机上大约有4-50名乘客（波音733），过去了绝大部分。这个会影响飞行安全么？当然最后我是安全降落了...

在虹桥遇上一次跑道复飞，不过还没有反推；空客330的瞬间推背感超级爽啊~ 也是夜航，拉起来之后机舱里一片寂静无声（那是我在国内坐飞机这么多年以来最安静的一段时间）。降落后却是一片掌声雷动... 旁边大妈直想和我唠家常，哈哈。

票太前些年飞莫斯科，在青藏高原上空遇到掉氧气面罩；惊魂未定之后坐了俄罗斯国内航班，立即治愈了。1、座椅的椅子背不固定，起飞和降落时候空座位都是噼里啪啦起起落落很好看；
2、亲眼见到乘客带手枪上飞机；
3、降落相当的颠簸，落定后乘客们都互相庆幸拥抱，还有摸出来伏特加瓶子四周乱递传着喝的...

97年南航5.8空难我的同事就在现场，不是飞机上，是在机场候机大楼里；当时公司很多家属在深圳过完五一回北方；当晚暴雨延误比较多，于是老头老太太们都坐在候机厅大玻璃后面，眼瞅着冒烟突火的一截飞机滑过去，个个魂飞天外，坚决改签火车回去的。那段录音我也有，当时在天上的另几架飞机机长也有朋友聊过，好胜心害死人呐。

那架飞机上还有个1岁左右的孩子幸存下来，而且基本上没啥大伤；深圳特区报连载一周多寻找孩子的亲人来接管。屈指算来，现在也是17岁的小伙子了。

往前了说，92年南京那架雅克42，我表姐是空乘，追认了烈士。

要不，还是不说了吧....

道孙吴 · 发表于 2017-11-23 17:50:21

配图是哪本书的啊

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[科普知识] 都铎王朝的覆灭(下)

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