飞机的稳定性指的是飞机在飞行中，偶然受到外力干扰后，不需要飞行员的干预，靠飞机自身特性恢复原来状态的能力。
飞机的操纵性是指飞机对飞行员操纵作出相应响应的特性。
飞机的稳定性与操纵性之间存在排斥关系，如果飞机的焦点（气动中心）位置位于重心之后，飞机的稳定性就比较好，但是这会导致飞机抵抗改变飞行状态的力和力矩也会很大，带来操纵性较差。反之操纵性反应灵敏。
今天主要谈飞机的稳定性对飞行的影响。
首先列两个有关飞机稳定性对飞行影响的战例
战例一：【战地日记】第三十篇 旗开得胜 记载：
1958/7/29 阴 罗裳山
早上6:10，蒋亭副参谋长来电话：我已安抵汕头机场，根据事先拟定的作战计划，已与林虎师长协商好具体执行方案，54团已经做好一切战斗准备。
……
在敌机还没有反应过来之时，我54团高长吉机组就从90度角切入，长机高长吉打开加速器，迅速接近敌机，在6点钟方向咬住敌2号机，高长吉对准瞄准光圈，按下射击按钮，在160米距离果断开火，敌2号机任祖谋中尉来不及反应，F-84G瞬间爆炸解体，坠入南澳岛东北15公里处海域。
敌长机见势不妙，立即拉杆右转企图摆脱，说时迟那时快，跟在高长吉后面的僚机张长林紧咬敌长机不放，从高空追到低空，敌机不断作出各种规避动作，但是张长林沉着冷静，死死咬住，在360米的距离上开火，击断敌长机右机翼，炮弹碎片同时击伤敌长机刘景泉少校右腿膝盖。
敌3号机周林峰上尉和4号机谭崇禧少尉护送其折断右机翼的长机刘景泉向澎湖马公机场方向飞去。
11:46监听台收听到敌飞行员与马公战管中心的通话：飞机右翼断裂，无法保持平衡，飞机不断下降高度，目前高度仅有1200英尺……马公空管回答：立即弃机跳伞……
战例二：1983/5/1，以色列国防军空军两架F-15鹰式战斗机和4架A-4N天鹰战机在进行模拟空战格斗训练（其中一架机号为957的F-15战机被用于新飞行员的适应性训练）。
该F-15战斗机与一架天鹰战机在高空擦肩而过，天鹰发生爆炸，飞行员跳伞，F-15右机翼折断，飞机失控发生螺旋……飞行学员乔恩.艾斯利将飞机电子飞控装置重新连接到机翼控制面，这时奇迹发生了，F-15竟然重新回到了水平直飞状态。
在乔恩将F-15开到空军基地上空准备降落时，飞机再次失去控制发生螺旋，乔恩打开引擎加力，F-15又一次恢复水平直飞，飞机着陆时因为速度太快，着陆钩都被拉断，飞机一直到距离紧急回收网十米的地方才停了下来。
一，飞机的稳定性（Airplane Stability）
一架飞机首先要具有足够的升力来平衡重力，还要有足够的推力来克服阻力，同时还需要良好的稳定性和操纵性，才能在空中飞行。
飞机的稳定性是指飞机在飞行中，偶然受到外力干扰，不需要飞行员的干预，靠飞机的自身特性恢复到原来状态的能力，如果能够回到初始状态，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。
飞机的稳定性包括纵向稳定性，反映飞机在俯仰方向的稳定特性；航向稳定性，反映飞机的方向稳定特性；以及横向稳定性，反映飞机的滚转稳定特性。
飞机在飞行时，所有作用于飞机的外力与外力矩之和都等于零的状态称之为飞机的稳定状态，等速直线运动是飞机的一种平衡状态。
1, 静态稳定性（Static stability）：是飞机受到力或力矩的扰动后，是否具有恢复
初始状态的趋势。（Static stability of an aircraft describes the tendency of and aircraft to retain its original position when subjected to unbalanced forces or moments acting on the aircraft.）
-如果飞机趋向于返回它先前的位置称之为静稳定（Positive static stability）。
-如果飞机趋向于保持在受扰动后的位置称之为中性静稳定（Neutral static stability）。
-如果飞机继续偏离就称之为负静稳定或静不稳定（Negative static stability）。
飞机稳定性的增加会导致可控性（机动性）的减少，所以飞机的稳定性的上限就是飞机可控性的下限。
静稳定裕度：又称为静稳定度，是飞机重心与焦点之间的距离，具有相似静稳定裕度，就具有相似的静稳定性，裕度越大，稳定性越强。重心的移动会改变静稳定裕度。
-飞机焦点位于重心之后为静稳定。
-飞机焦点与重心重叠为中性稳定。
-飞机焦点位于重心之前为静不稳定。
关于放宽静稳定性：通过改变飞机外形来放宽飞机静稳定性，可以使飞机升力增加，阻力减小，升阻比提高，由于配平阻力的减小，飞机的燃料消耗率也会减小，同时可以增加飞机的机动性。
2, 动态稳定性（Dynamic stability）是飞机失去平衡所展示的总体趋势，它由初始位移后的运动形式，收敛、发散或等幅的振荡趋势确定。也就是飞机受到扰动后恢复到原始状态的实现过程所呈现的特征。（Dynamic stability describes the form of motion an aircraft in static stability undergoes when it tries to return to its original position.）
-恢复过程中姿态变化幅值趋势渐小为阻尼振荡（Damped oscillation），也就是正动态稳定（Positive dynamic）。
-恢复过程中姿态变化幅值没有变化为未阻尼振荡（Undamped oscillation），也是中性动态稳定（Neutral dynamic）。
-恢复过程姿态变化幅值越来越大为发散振荡（Divergent oscillation），也是负动态稳定（Negative dynamic）。
3， 围绕横轴(pitch)的纵向稳定性（longitudinal stability about the lateral axis）：是飞机在飞行中，受到扰动而偏离原来纵向平衡状态（横轴、俯仰），使它改变原来飞行攻角，当扰动消除后，飞机自动恢复到原来纵向平衡状态的特性。
在飞行过程中，作用于飞机的俯仰力矩主要是机翼力矩和水平尾翼力矩，在飞机的攻角发生变化时，在机翼和尾翼上都会产生一定的附加升力，这个附加升力的合力点称为飞机的焦点。
当飞机受到扰动机头上仰时，机翼和水平尾翼的攻角增大，产生一个向上的附加升力，此时如果飞机重心位于焦点前面，此附加升力会对飞机产生一个下俯的稳定力矩，使飞机恢复原来状态。反之亦然。
因此飞机的纵向稳定性主要取决于飞机的重心位置，当飞机的重心位于焦点前面，飞机才是纵向稳定，反之为静不稳定。
4，围绕纵轴(Roll)的横向稳定性（lateral stability about the longitudinal axis）飞机受到扰动导致滚转，出现侧滑角，而在扰动消失后，飞机能趋向于恢复原来状态，为横向静稳定性。
保证飞机横向静稳定的主要因素是机翼的后掠角、上下反角和垂直尾翼。
机翼上反角和垂直尾翼提供横向静稳定，下反角和机身间的气动干扰提供横向静不稳定，后掠角结合攻角作用。
5，围绕垂直轴(Yaw)的航向稳定性（Directional stability about the vertical axis）飞机受扰动以至横侧向平衡状态遭到破坏，而在扰动消失后，飞机自动恢复力矩，为航向稳定性。
飞机主要靠垂直尾翼、腹鳍等来保证航向稳定性，飞机侧滑是一种即向前又向侧方的运动，相对气流方向与飞机对称面之间有一个侧滑角。
例如飞机机头右偏，出现左侧滑，空气从飞机左前方吹来，作用在垂直尾翼上产生向右的附加侧力，此力对飞机重心形成一个方向稳定力矩，使机头左偏，此时飞机具有航向稳定性。
由于现代飞机进入超音速后，垂直尾翼的侧力系数迅速减小，产生侧力的能力急速下降，所以现在许多超音速战斗机采取双立尾来增大航向稳定性。
二，飞机的操纵性
飞机不仅需要能保持平衡状态的稳定性，还需要具有良好的操纵性。
飞机的操纵性分为纵向、航向和横向操纵性：
1，纵向操纵：主要通过推、拉杆，使飞机的升降舵偏转，产生俯仰力矩，使飞机作俯仰运动。
2，横向操纵：使用驾驶杆使副翼偏转，从而产生飞机滚转力矩左右倾斜。
3，航向操纵：踩脚蹬，使方向舵偏转实现偏航力矩，导致机头左右转。
横向和航向操纵合称为横航向操纵。
飞机的稳定性与操纵性之间存在排斥关系，如果飞机的焦点（气动中心）位置位于重心之后，飞机的稳定性就比较好，但是这会导致飞机抵抗改变飞行状态的力和力矩也会很大，带来操纵性较差。反之操纵性反应灵敏。
民航机设计注重飞机的稳定性，而现代战斗机为了获得良好的操纵性和机动性，都将飞机设计成气动静不稳定，同时采取电传操控技术来控制飞机的稳定。
三，战例分析
1，台空军少校刘景泉驾驶被击断右翼的F-84G从南澳岛上空坚持飞到澎湖马公机场外海，大约飞行了150公里。刘景泉计划将飞机飞回马公机场迫降，但是因为种种原因，在澎湖外海跳伞获救。下面从技术层面进行分析：
-F-84的气动布局：层流翼型悬臂式下单翼和安装在垂尾半展处的悬臂式平尾布局，机腹座舱下方安装有大型减速板。
-动力系统：采用J35-A-29发动机，具有2540千克推力，最大平飞速度1001千米/时，航程1078公里。
-平直翼，翼展11.09米，拥有强大的升力和滑翔能力。
F-84G的焦点后置与重心大致重叠，属于中性静稳定型飞机，飞机翼展较大，且呈平直状态，升力强，飞行性能稳定。所以当飞机右翼被削掉部分后，仍能继续飞行150多公里。
根据我个人对飞行驾驶的体验，由于飞机右翼断裂，失去大部升力，刘景泉驾驶受伤飞机应当如下操纵：
-用左侧副翼上反来压住飞机向右的滚转趋势；
-同时放下前缘襟翼来提高升力；
-依靠平尾差动+垂尾偏转来提供操控力；
-由于F-84G发动机推重比较好，且当日执行侦照任务，悬挂弹药较少，所以依靠飞机动力加速度尚能持续飞行。
但是为何快要到马公机场却弃机跳伞呢？我个人判断：
-刘景泉右膝盖被弹片击伤，操纵飞机困难，尤其是降落时需要腿部操控飞机。
-马公机场属于野战机场，跑道较短，高速降落必须使用着陆钩，不知野战机场是否配备着陆钩索，因此不利于高速降落。
-为了防止机毁人亡，所以马公空管下令跳伞。
2，以色列国防军空军F-15在折断右机翼状态下，两次将失控（螺旋）飞机扭转为水平直飞状态（静稳定），然后成功降落，本人从技术层面进行分析：
-F-15拥有强大的动力系统，两台F100-PW-100涡扇发动机，单台推力11340千克，如此强劲的推力，空气动力学带来的影响可以忽略不计；
-F-15飞机拥有强大的电传飞控自动配平重构能力（校正原理），即调动飞机所有可控翼面来配平（这要归功于飞机设计软件的码农），由于静不稳定状态下飞机操纵困难，所以飞机都使用增稳系统（由陀螺和传感器组成），当飞机掉了一个机翼，电脑通过遍布全机身的传感器对飞行姿态瞬间计算并做出正确的调控指令；
-F-15采取气动力中心位于飞机重心之前，属于静不稳定或放宽静稳定性。其水平安定面所产生的升力与主翼升力方向相同（静稳定相反），总升力为主翼+水平安定面（静稳定是相减），因此有利于升力提高。随着飞行速度加快，飞机重心会前移（仰角降低），在超音速状态下成为静稳定性，这也是为什么飞机降落前第二次发生螺旋，飞行员打开加速器，飞机通过加速而重新获得平直飞行状态（静稳定性）；
-F-15机身本身也具有升力，设计时采用升力体布局，因此当一侧机翼折断，并不是左右两侧50:0的升力格局，而是50:50-X；
-F-15虽然右机翼折断，但是尾翼齐全，而且是双尾翼，也能提供部分升力；
-美系飞机有着陆钩（苏系为减速伞），这也为高速降落（或短距起降）创造了可能；
-飞行员的正确操纵：首先飞行学员乔恩在飞机发生不规则螺旋时将飞机电子控制装置重新连接到机翼控制面，从而使飞机自动控制系统能正常纠错；然后迅速将操纵杆向左压，从而利用左翼提供升力抵消向右的旋转倾覆力矩；在第二次发生螺旋时打开加力，从而通过高速来获得静稳定性（符合前文述：飞机超音速飞行时，焦点会急剧后移）；最后能及时通知机场使用着陆钩。
先进的设计+高超的技术+好运气=仅凭一个翅膀成功降落。
3，歼-6战斗机之殇：
歼-6战斗机是我军装备数量最多，服役时间最长的一款战斗机，但是从引进到生产，再到不断的研发和改进，走过了一条艰难、曲折的路程。
-气动布局：头部进气，大后掠中单翼，低平尾，单垂尾加单腹鳍；
-机翼大后掠+翼面大翼刀容易造成失速螺旋；
-发动机推力不足只能通过大后掠翼和减小翼展来增加速度，但是带来飞机焦点前移，减小了静稳定度（没有电控），导致飞机纵向操纵力矩变小，纵向操纵过灵；
-后来歼-6III延长前机身，目的是调整飞机重心，使之与前移的焦点匹配，保持适当的静稳定性。但是在跨音速下飞机从静不稳定变成静稳定，需要反操纵（拉杆与推杆相反，因为静稳定时水平安定面所产生的升力与主翼升力方向相反）。直到歼-6IV机头加装了雷达，从而改变了配重，使重心前移，才使飞机操纵感好了一些（所有飞机设计静不稳定都是纵向上的，横向都是静稳定的）。
4，自行车如何克服静不稳定性
战例：记得上中学时，每次放学回家，一路上喜欢双手放开自行车把手，主要靠上身的左右摇摆来控制自行车的行进方向，骑到司令部3号门时，故意身体左倾，右手向右举起书包，以此保持平衡，有点像杂技团的那种动作。
通过门岗前飞身下车，正准备推车进去，门岗是个身高1.9米的老兵，明明认识我，非要伸手拦住，让我出示出入证，验明正身后，这位司令部篮球队后卫，后来的军务参谋拍拍我的肩膀：你小子飞行技术不错嘛……
下面根据学到的飞行理论来分析一下上述战例：
-自行车的重心在轴的位置，与前后轮及骑车者构成直立三角形，因此自行车的横轴纵向稳定性好；
-自行车的纵轴横向稳定性和垂直轴航向稳定性很差（容易左右倾倒）；
-自行车必须依靠速度（惯性）来摆脱来自纵轴和垂直轴的倾覆力矩；
-骑车者在骑行时身体前倾，焦点（气动中心）位于重心之前，属于静不稳定性运动器；
由于自行车具有静不稳定性，所以就具有机动性良好的特征。
那么驾驶这么一辆静不稳定运动器，如何能克服不稳定特性，做到双手离开车把，让自行车行驶而不倒呢？
-在自行车运行中放开车把，这时自然的会将身体后倾，这就把焦点位置从一开始位于自行车重心前，后移至位于自行车重心后或与重心重叠，根据前面学的静稳定理论，这就构成了静稳定裕度；
-通过上身的左右摇摆或伸出手来摆脱（克服）来自左右倾角的拉力，类似于飞机机翼副翼上/下反来压住飞机的滚转趋势；
-当身体有意向左倾斜时，右手举起书包向右伸出，属于自动配平达到抵消自行车向左倾覆力矩，从而满足角动量守恒原理；
美国力学家铁木辛科在【高等动力学】一文中说：当自行车向一边倾斜时，骑车人就会将前轮转向同一侧，由于前轮转了一个角度，自行车就会沿着倾斜侧的圆周行进，这时离心力向圆周外，就会将自行车扶正。
根据以上理论可以理解为自行车具有自稳定特性，也就是稳定性与速度快慢相关联，通常速度越快，惯性力也越大，稳定性也越好，所以在速度达到一定的比值时，骑车人可以让双手离开车把，前提是需要借用身体作为副翼和尾翼来配平与不断重构运动体的平衡状态。
胡说兮，八道兮，不知所以然兮，自扇耳刮子兮，云云兮……
过去那么多年了，现在每次坐进飞机座舱，飞行在蓝天上，还会想起当年那些个阳光灿烂的日子……
（谢谢阅读）
网友评论