《基礎航空知識》「飛行性能、機動性、穩定性、操縱性」

克里斯Chris

《基礎航空知識》「飛行性能、機動性、穩定性、操縱性」

整理者：lyman
翻譯者：jacklf2004


飛機的飛行性能

　　在對飛機進行介紹時，我們常常會聽到或看到諸如「活動半徑」、「爬升率」、「巡航速度」這樣的名詞，這些都是用來衡量飛機飛行性能的術語。簡單地說，飛行性能主要是看飛機能飛多快、能飛多高、能飛多遠以及飛機做一些機動飛行（如觔斗、盤旋、戰鬥轉彎等）和起飛著陸的能力。

速度性能

　　
最大平飛速度：是指飛機在一定的高度上作水平飛行時，發動機以最大推力工作所能達到的最大飛行速度，通常簡稱為最大速度。這是衡量飛機性能的一個重要指標。

　　最小平飛速度：是指飛機在一定的飛行高度上維持飛機定常水平飛行的最小速度。飛機的最小平飛速度越小，它的起飛、著陸和盤旋性能就越好。

　　巡航速度：是指發動機在每公里消耗燃油最少的情況下飛機的飛行速度。這個速度一般為飛機最大平飛速度的70%～80%，巡航速度狀態的飛行最經濟而且飛機的航程最大。這是衡量遠程轟炸機和運輸機性能的一個重要指標。

　　當飛機以最大平飛速度飛行時，此時發動機的油門開到最大，若飛行時間太長就會導致發動機的損壞，而且消耗的燃油太多，所以一般只是在戰鬥中使用，而飛機作長途飛行時都是使用巡航速度。

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高度性能

　　最大爬升率：是指飛機在單位時間內所能上升的最大高度。爬升率的大小主要取決與發動機推力的大小。當殲擊機的最大爬升率較高時，就可以在戰鬥中迅速提升到有利的高度，對敵機實施攻擊，因此最大爬升率是衡量殲擊機性能的重要指標之一。

　　理論升限：是指飛機能進行平飛的最大飛行高度，此時爬升率為零。由於達到這一高度所需的時間為無窮大，故稱為理論升限。

　　實用升限：是指飛機在爬升率為5m/s時所對應的飛行高度。升限對於轟炸機和偵察機來說有相當重要的意義，飛得越高就越安全。

飛行距離
　　航程：是指飛機在不加油的情況下所能達到的最遠水平飛行距離，發動機的耗油率是決定飛機航程的主要因素。在一定的裝載條件下，飛機的航程越大，經濟性就越好（對民用飛機），作戰性能就更優越（對軍用飛機）。

　　活動半徑：對軍用飛機也叫作戰半徑，是指飛機由機場起飛，到達某一空中位置，並完成一定任務（如空戰、投彈等）後返回原機場所能達到的最遠單程距離。飛機的活動半徑略小於其航程的一半，這一指標直接構成了殲擊機的戰鬥性能。

　　續航時間：是指飛機耗盡其可用燃料所能持續飛行的時間。這一性能指標對於海上巡邏機和反潛機十分重要，飛得越久就意味著能更好地完成巡邏和搜索任務。

　　飛機起飛著陸的性能優劣主要是看飛機在起飛和著陸時滑跑距離的長短，距離越短則性能優越。

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飛機的機動性

　　飛機的機動性是飛機的重要戰術、技術指標，是指飛機在一定時間內改變飛行速度、飛行高度和飛行方向的能力，相應地稱之為速度機動性、高度機動性和方向機動性。顯然飛機改變一定速度、高度或方向所需的時間越短，飛機的機動性就越好。在空戰中，優良的機動性有利於獲得空戰的優勢。

　　為了提高飛機的機動性，就必須在最短的時間內改變飛機的運動狀態，為此就要給飛機盡量大的氣動力以造成盡量大的加速度。因此可以說，飛機所能承受的過載越大，機動性就越好。

　　飛機為在短時間內盡快改變運動狀態所實施的飛行動作稱為飛機的機動動作。飛機的機動動作包括盤旋、滾轉、俯衝、觔斗、戰鬥轉彎、急躍升等。為獲得盡量大的升力，飛機在機動過程中應該盡量增加迎角。然而正常飛機的極限迎角是有限的，飛機不能超過極限迎角飛行，否則就會失速。

　　為了實現更大的機動性，人們通過不懈的努力，通過使用推力矢量技術等途徑，已經能夠克服失速迎角的限制，進行過失速機動了。例如眼鏡蛇機動、鐘擺機動、鉤子機動、鎯頭機動、赫布斯特機動。

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飛機的穩定性

　　飛機的穩定性是飛機設計中衡量飛行品質的重要參數，它表示飛機在受到擾動之後是否具有回到原始狀態的能力。如果飛機受到擾動（例如突風）之後，在飛行員不進行任何操縱的情況下能夠回到初始狀態，則稱飛機是穩定的，反之則稱飛機是不穩定的。

　　飛機的穩定性包括縱向穩定性，反映飛機在俯仰方向的穩定特性；航向穩定性，反映飛機的方向穩定特性；以及橫向穩定性，反映飛機的滾轉穩定特性。

　　關於穩定與不穩定的概念可以形象的加以說明。例如，我們將一個小球放在波浪型表面的波峰上然後輕輕的推一下，小球就會離開波峰掉入波谷，我們將小球處在波峰位置的狀態稱為不穩定狀態。反之，如果我們將小球放在波谷並且輕輕地推一下，球在蕩漾一段時間之後，仍然能夠回到谷底，我們稱小球處在波谷的狀態為穩定狀態。

　　飛機的穩定與否對飛行安全尤為重要，如果飛機是穩定的，當遇到突風等擾動時，飛行員可以不用干預飛機，飛機會自動回到平衡狀態；如果飛機是不穩定的，在遇到擾動時，哪怕是一丁點擾動，飛行員都必須對飛機進行操縱以保持平衡狀態，否則飛機就會離初始狀態越來越遠。不穩定的飛機不僅極大地加重了飛行員的操縱負擔，使飛行員隨時隨地處於緊張狀態，而且飛行員對飛機的操縱與飛機自身運動的相互干擾還容易誘發飛機的振蕩，造成飛行事故。

從現代飛機設計理論來看，萊特兄弟發明的飛機是縱向不穩定的。然而他們卻成功了，這主要是因為當時飛機的速度低，飛行員有足夠的時間來調整飛機的平衡。萊特兄弟曾經說過他們在試飛時曾多次失控，飛機不住地振蕩，最後以滑橇觸地而結束。隨著飛行速度越來越快，飛行員越來越難以控制不穩定的飛機，所以一般在飛機設計中要求將飛機設計成穩定的，飛機穩定性設計也變得越來越重要了。

　　雖然越穩定的飛機對於提高安全性越有利，但是對於操縱性來說卻越來越不利。因為越穩定的飛機，要改變它的狀態就越困難，也就是說，飛機的機動性越差。所以如何協調飛機的穩定性和操縱性之間的關係，對於現代戰鬥機來說是一個非常值得權衡的問題。實際上為了獲得更大的機動性，目前最先進的戰鬥機都已經被設計成不穩定的飛機。當然這樣的飛機不能再通過飛行員來保持平衡，而是通過一系列其他的增穩措施，比如電傳操縱等主動控制手段來自動實現飛機的穩定性。

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飛機的操縱性

　　飛機的操縱性又可以稱為飛機的操縱品質，是指飛機對操縱的反應特性。操縱則是飛行員通過駕駛機構改變飛機的飛行狀態。

　　操縱主要通過駕駛桿和腳蹬等駕駛機構來實現的。駕駛員推拉駕駛桿和踩腳蹬的力量被視為操縱的「輸入量」，駕駛桿和腳蹬所產生的位移也可以被視為「輸入量」，而飛機的反應，如迎角、側滑角、過載、角速度、飛行速度的變化量等則視為操縱的「輸出量」。

　　飛機操縱品質的好壞是一個與飛行員有關的帶一定主觀色彩的問題，但是仍然有一些基本的標準來衡量飛機的操縱品質。操縱品質常以輸入量和輸出量的比值(操縱性指標)來表示，這些比值不宜過小，也不易過大。如果比值太小，則操縱輸入量小，輸出量大，這種飛機對操縱過於敏感，不僅難於精確控制，而且也容易因反應量過大而產生失速或結構損壞等問題；如果比值過大，則操縱輸入量大，輸出量小，飛機對操縱反應遲鈍，容易使飛行員產生錯誤判斷，也可能造成飛機的大幅度振蕩，同樣導致失速或結構破壞。如果飛機在作機動飛行時，不需要飛行員複雜的操縱動作，駕駛桿力和桿位移都適當，並且飛機的反映也不過快或者過分的延遲，那麼就認為該飛機具有良好的操縱性。

　　按運動方向的不同，飛機的操縱也分為縱向、橫向和航向操縱。

　　改變飛機縱向運動(如俯仰)的操縱稱為縱向操縱，主要通過推、拉駕駛桿，使飛機的升降舵或全動平尾向下或向上偏轉，產生俯仰力矩，使飛機作俯仰運動。

　　使飛機繞機體縱軸旋轉的操縱稱為橫向操縱，主要由偏轉飛機的副翼來實現。當駕駛員向右壓駕駛桿時右副翼上偏、左副翼下偏，使右翼升力減小、左翼升力增大，從而產生向右滾轉的力矩，飛機向右滾；向左壓桿時，情況完全相反，飛機向左滾轉。

　　改變航向運動的操縱稱為航向操縱，由駕駛員踩腳蹬，使方向舵偏轉來實現。踩右腳蹬時，方向舵向右擺動，產生向右偏航力矩，飛機機頭向右偏轉；踩左腳蹬時正相反，機頭向左偏轉。實際飛行中，橫向操縱和航向操縱是不可分的，經常是相互配合、協調進行，因此橫向和航向操縱常合稱為橫航向操縱。

　　飛機操縱性的好壞與飛機的穩定性之間存在著一定的排斥關係。如果飛機的焦點位置過於靠後，飛機的穩定性很好，因此飛機抵抗飛行狀態變化的力和力矩會很大，飛機對飛行員操縱的響應就會很慢，飛機的操縱性也就不好。反之，飛機的焦點靠前，穩定性變差，飛機對操縱的響應變得靈敏，操縱特性變好。現代先進戰鬥機為了獲得優良的操縱性和機動性，都將飛機設計稱為氣動不穩定的，而採用主動控制技術來控制飛機的穩定，從而實現好的操縱性。