什么是飞机的静不稳定设计

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Answer 1

所谓静稳定度是指气动中心到飞机重心的距离，气动中心在重心之后静稳定度为正，飞机是静稳定的；气动中心在重心之前静稳定度为负，飞机是静不稳定的。

在亚音速飞行状态，普通飞机的翼身组合体的升力中心在重心稍后的某个距离（静稳定），这时翼身组合体的升力所产生的负俯仰力矩（机头向下的力矩），由平尾的下偏，以产生向下的升力来平衡，尾翼的升力从翼身组合体升力中减去，因而使总的升力减少。而且由于飞机的静稳定特性，飞机有保持原有飞行状态的趋势，使飞机的操纵也不灵活。而放宽静稳定度的飞机，气动中心可以很靠近重心也可以重合，甚至在重心的前面，飞机的稳定度变得很小甚至不稳定，飞行中主要靠主动控制系统（即自动增稳系统）主动控制相应舵面，保证飞机的稳定性。这时为保持平衡只需要较小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身组合体的正俯仰力矩（机头向上的力矩）。

在超音速状态，无论普通构形的飞机还是放宽静稳定性的飞机，都具有作用在重心之后的翼身组合体升力矢量。因为放宽静稳定度的飞机的重心比普通飞机的重心更靠后，这样为配平由于翼身组合体升力升起的负俯仰力矩所需要的尾翼向下载荷比普通飞机要小，因而就可以大大减少尾翼足寸和重量，使其在超音速状态也具有较高的升力。

由此我们可以看出，采用放宽静稳定性的手段，可以大幅提高飞机的性能。首先，使飞机的平尾用于平衡所需的面积可以大大减小，因此平尾的重量可以减轻，阻力可以减小，另外对于静不稳定的飞机，尾翼的升力和翼身组合体升力方向一致，这样飞机的总升力也得到了提高。

研究表明，放宽静稳定度为战斗机带来的效益是当静稳定裕度取为-12%平均气动弦长时，飞机的起飞总重可减少8%，所需发动机推力可减少20%，如果再加上控制机动载荷的效果可使设计总重减少18%。

在轰炸机上采用这种技术效果也是很明显的，如CCV B-52试验机平尾面积从84平方米降到46平方米，在原发动机和起飞总重条件下，结构重量减少6.4%，航程增大4.3%，如果原载重、航程不变，起飞总重可以减少 10-15%，B-l轰炸机如果在设计初期阶段就采用放宽静稳定度要求的话，其起飞总重可减少36吨，用2台发动机就可以完成原来4台发动机的任务。如果把放宽静稳定度要求和控制机动载荷结合起来，可使轰炸机设计重量减少20%以上。

放宽静稳定度要求对战斗机性能的提高主要体现在提高战斗机的机动性方面以及完成任务的效率方面。如一架重心位置处于25%平均气动弦和一架重心位置处于38%平均气动弦的放宽静稳定度的飞机相比，在中等空载重量、最大推力、900米高度的条件下，后者转弯速度增加0.75度/秒（M＝0.9时）～1.1度/秒（M＝1.2时）；M数从0.9增加到1.6的加速时间减少1.8秒左右；空战燃油节省180公斤；承受机动过载的能力也提高了，在M数为0.6，0.9，1.2时过载系数分别提高0.2g，0.4g，0.8g；此外还可以提高升阻比：在M＜l时可提高8%，M＞l时可提高15%。这些就使战斗机的机动性大大提高。

如果拿F-16战斗机和法国战斗机“幻影”Fl，瑞典的Saab-37，苏联歼击机米格-21相比，性能就很突出，除高空最大速度，F-16稍低于其他三种飞机外，其他性能均比它们优越。其原因之一就是F-16采用了主动控制技术。