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標題: 縱軸平衡 [打印本頁]

作者: lanestepens0215 時間: 2010-9-5 10:50 標題: 縱軸平衡

飛機重心的前後位置同樣影響飛機的安定性，飛機的安定與平衡有三種型式：

　　１不安定、平衡重心在壓力中心之後，當飛機受陣風或其它外力影響產生抬頭時，主翼攻角增大，升力增加，焦點彎矩不變，升力與重力產生的力矩會增加抬頭的趨勢，所以是平衡但不安定。

　　２中性安定、不平衡重心與壓力中心在同一在線，沒有修正力矩來平衡焦點彎矩，所以稱中性安定但不平衡。

　　３安定、不平衡：重心在壓力中心之前，當飛機受陣風或其它外力影響產生抬頭時，主翼攻角增大，升力增加，升力與重力產生的力矩會減少抬頭的趨勢，所以稱安定但不平衡。

　　由以上可看出沒有水平尾翼的飛機無法保持俯仰安定與平衡﹝S型翼除外﹞，故水平尾翼有其必要性。

　　第四節重心前後位置

　　實際上飛機重心前後位置安排必須與水平平尾翼配平力等一併考慮，我們知道機翼產生升力同時亦產生一彎矩，我們也知道當速度固定時升力對於機翼前緣算來1/4 距離的位置產生的彎矩是固定的，所以實際升力產生的作用可以以作用在焦點的力及一個彎矩來替代，現在我們將飛機裝上尾翼後再分析一次飛機的安定與平衡，以下五種配置，作用於飛機的力都是平衡的，向上力的和等於向下的力的和，順時針彎矩的和等於反時針彎矩的和：

　　１重心在壓力中心之後、尾翼升力向上：這是自由飛模型最常採用的配置，重心在機翼偏後位置，自由飛模型一般重心在前緣算起50%~90%位置，主翼升力對重心產生的彎矩無法抵銷焦點彎矩，尾翼須一個向上的升力，以便產生一個反時針彎矩，這時飛機的重量W等於主翼升力L1加尾翼升力L2﹝W=L1+L2﹞，即尾翼分擔部分主翼的負擔，事情好像不錯，但我們不要忘了，尾翼既然有升力就多了一組誘導阻力，另外當飛行中碰到陣風或飛機加速，因升力與速度平方成正比，主翼與尾翼升力同時增加，飛機就不由自主往上升，這在自由飛模型固然可以爭取高度，但在遙控特技飛機就不是件好事了。

　　２重心在壓力中心之後、尾翼無升力：一般內凹翼型重心約在前緣算起33%位置，很多遙控模型飛機採用此種配置，這是因為壓力中心原在25%位置，再加上焦點彎矩化為升力對重心的位移約8%，故假設把壓力中心移至33%位置時剛好無彎矩作用，此時主翼升力等於飛機重量﹝W=L1；L2=0﹞，所以尾翼的配平力為零，尾翼沒有升力就沒有尾翼的誘導阻力是最大優點。

　　３重心與壓力中心同一線之前、尾翼升力向下：這種配置重心在壓力中心同一在線，主翼升力對重心未產生任何彎矩，焦點彎矩無法抵銷，尾翼須一個向下的力，以便產生一個順時針彎矩以取得平衡，這時飛機的主翼升力L1等於重量W加尾翼向下升力 L2﹝L1= W +L2﹞，即尾翼消耗部分主翼的升力。

　　４重心在壓力中心之前、尾翼升力向下：這種配置有天生的安定性，是像真機、遙控練習機最常採用的配置，主翼升力對重心產生的彎矩及焦點彎矩需由尾翼向下升力產生的順時針彎矩予以配平，這時飛機的主翼升力L1等於重量W 加尾翼向下升力L2﹝L1= W +L2﹞，即尾翼消耗部分主翼的升力。

　　５前翼機：重心在壓力中心之前，主翼升力對重心產生的彎矩及焦點彎矩需由前翼來配平，因前翼在主翼前方，所以前翼升力向上產生順時針彎矩以便配平，飛機的重量W等於主翼升力L1加前翼升力L2﹝W=L1+L2﹞。

　　重心在壓力中心之後尾翼產生向上的升力分擔部分主翼的負擔，好像是不錯的方法，如此主翼面積可以縮小，節省重量及阻力，但這種配置方式飛機只在一個速度下平衡，當飛行中碰到陣風或飛機加速，飛機就不由自主往上升，遙控飛機還有另一個問題，當操縱者打升舵欲往上飛時，尾翼攻角改變升力改為向下產生順時針彎矩，主翼攻角增大升力增加，增加的升力對重心的順時針彎矩把機頭抬得更高，使主翼攻角進一步增大，結果使升力再增加，惡性循環使飛機反應過度，變得非常」神經質」，嚴重時根本無法操縱。

　　自由飛模型通常只有一種飛行速度就是滑降，遙控模型就比較複雜，練習機的場合初學者希望當飛行姿勢亂掉時，只要把手離開搖桿，飛機會自動恢復水平飛行，飛機對舵的反應不要太敏感，特技機的場合則剛好相反，希望飛機對舵的反應靈敏，當你爬升或俯衝時不希望有慢慢回復平飛的傾向，所以重心的位置非常重要，但重心的位置並沒有一個明確的分界點，如在某一點則安全，在另一點則敏感，一般遙控模型飛機重心約在前緣25%~33%都可以，像真機還可以再前一點，市售遙控飛機的設計圖，上面標示的重心大部分都不是固定一點，而是一個範圍，總之重心越偏前面縱向越安定，越後面越敏感。另外一個要注意的地方是，量重心位置時油箱不要有油，如連燃油一起量，因一般飛機油箱都在機頭，量起來重心偏前，我在飛行場看過好幾次重心太后的飛機，剛起飛時還好，當燃油越用越少重心會越偏越後，最後就陷入無法操縱而摔機。

　　重心在壓力中心之後的配置，尾翼產生向上的升力分擔部分主翼的負擔，如此主翼面積可以縮小，節省重量及阻力，前面已提過這種配置方式飛機只在一個速度下平衡，但因為現在計算機發達，於是發展出線傳飛控(Fly By Wire)，使這種配置大為流行，方法為使用各種傳感器取得飛機速度、姿態等數據，經計算機計算後每秒發出幾十次修正命令給操縱面，使飛機保持平衡，現在新一代戰機如F16、幻象2000、F22都是線傳飛控，民航機如Airbus的飛機也是FBW，讀者可以注意電視上F16起飛時的影片，當飛機由停機坪往跑道滑行時，因此時計算機已開啟，地上任何不平整使飛機顛簸一下，飛機的計算機就認為姿態改變了，於是發出修正命令給升降舵，結果我們就看到升降舵猛上下修正，以前因為計算機程序問題，法國的空中巴士曾在航空展眾目睽睽下發生計算機與人搶操縱權的事情，結果當然是很淒慘。

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