5.1.1 飞行控制 #

飞机飞行控制系统由初级和次级系统组成。 副翼、电梯（或稳定器）和舵构成主要控制系统，在飞行中安全地控制飞机。 机翼襟翼、前缘装置、扰流板和装饰系统构成了二级控制系统，提高了飞机的性能特性或缓解了飞行员过多的控制力。

5.1.2 主要飞行控制 #

飞机控制系统经过精心设计，可提供对控制输入的充分响应，同时提供自然的感觉。 在低空速下，控制通常感觉柔软和迟缓，飞机响应缓慢以控制应用。 在更高的空速下，控制变得越来越牢固，飞机的响应速度更快。

三个主要飞行控制表面（副翼、升降机或稳定器或方向舵）中的任何一个的移动，改变了翼型上方和周围的气流和压力分布。 这些变化会影响机翼/控制表面组合产生的升力和阻力，并允许飞行员围绕其三个旋转轴控制飞机。

设计特征限制了飞行控制表面的偏转量。 例如，可以将控制止动机构结合到飞行控制连杆中，或者控制柱和/或舵踏板的移动可以被限制。 这些设计限制的目的是防止飞行员在正常机动过程中无意中过度控制和过度压力。

正确设计的飞机在正常操作过程中是稳定的，易于控制。 控制表面输入导致围绕三个旋转轴移动。 飞机表现出的稳定性类型也与旋转轴有关。 [Figure 5-4]

5.1.3 副翼 #

副翼控制绕纵轴的滚动。 副翼连接到每个机翼的外侧后缘，并以相反的方向移动。 副翼通过电缆、曲柄、皮带轮和/或推拉管连接到控制轮或控制杆上。

向右移动控制轮或控制杆会导致右副翼向上偏转，左侧副翼向下偏转。 右侧副翼的向上偏转减少了外倾角，从而减少了右翼的升力。 左侧副翼的相应向下偏转增加了外倾角，从而增加了左翼的升力。 因此，左翼的升力增加和右翼的升力减少导致飞机向右滚动。

5.1.4 不良偏航 #

由于向下偏转的副翼产生了更多的升力，正如机翼升起所证明的那样，它也产生了更多的阻力。 这种增加的拖动会导致机翼略微减速。 这导致飞机向机翼的摆动，其升力（和阻力）增加。 从飞行员的角度来看，偏航与银行的方向相反。 不良偏航是微分阻力和左右翼速度的微小差异的结果。 [Figure 5-5]

在低空速下，不良偏航变得更加明显。 在这些较慢的空速下，控制表面上的空气动力学压力较低，并且需要较大的控制输入来有效地操纵飞机。 结果，副翼偏转的增加导致不良偏航的增加。 偏航在机翼跨度较长的飞机中尤为明显。

应用方向舵用于抵消不良偏航。 在低空速、高攻角和大副翼偏转时，所需的方向舵控制量最大。 与所有在较低空速下的控制表面一样，垂直稳定器/方向舵变得不那么有效，并放大了与不良偏航相关的控制问题。

所有转弯都通过使用副翼、方向舵和升降舵来协调。 施加副翼压力是将飞机放置在所需的倾斜角度所必需的，而同时施加方向舵压力对于抵消由此产生的不良偏航是必要的。 此外，由于在直线和水平飞行中需要更多的升力，因此必须通过施加电梯背压来增加迎角 (AOA)。 转弯越陡，需要的电梯背压越多。

建立所需角度时，应放宽副翼和方向舵压力。 这阻止了坡度的增加，因为副翼和方向舵控制表面处于中立和流线型位置。 电梯背压应保持恒定以保持高度。 转弯的滚出类似于滚装，但飞行控制是在相反的方向上应用的。 副翼和方向舵沿滚出方向或朝向高机翼施加。 随着倾斜角的减小，电梯背压应根据需要放松以保持高度。

为了减少不良偏航的影响，制造商设计了四种系统：差动副翼、Frise 型副翼、耦合副翼和方向舵和襟副翼。

差动副翼 带有差动副翼的差动副翼，在给定的控制轮或控制杆的移动中，将一个副翼升高比另一个副翼降低的距离更大。 这会增加下降翼上的阻力。 更大的阻力是由于将下降翼上的向上副翼偏转到比上升翼上的向下副翼更大的角度。 虽然减少了不良偏航，但它并没有完全消除。 [Figure 5-6]

带 Frise 型副翼的 Frise 型副翼，当对控制轮或控制杆施加压力时，正在升起的副翼在偏置铰链上枢转。 这将副翼的前缘投射到气流中并产生阻力。 它有助于平衡对面侧翼上降低的副翼产生的阻力，并减少不良偏航。 [Figure 5-7]

滑轮式副翼还形成一个槽，因此空气在降低的副翼上流畅地流动，使其在高处更有效

攻角。 Frise 型副翼也可以设计成不同的功能。 与差速副翼一样，Frise 型副翼并不能完全消除不良偏航。 无论在哪个应用副翼，仍然需要协调的方向舵应用。

耦合副翼和方向舵耦合副翼和舵是链接控制。 这是通过舵-副翼互连弹簧完成的，它通过在副翼偏转的同时自动偏转方向舵来帮助纠正副翼阻力。 例如，当移动控制轮或控制杆以产生左侧侧倾角时，互连电缆和弹簧在左侧方向舵踏板上向前拉，以防止飞机的机头向右偏航。 施加的力

如果有必要滑动飞机，则可以通过弹簧向方向舵覆盖。 [Figure 5-8]

襟副翼襟翼将襟翼和副翼的两个方面结合在一起。 除了像传统副翼一样控制飞机的坡度之外，可以将襟副翼降低在一起，以与一组专用襟翼相同的功能。 飞行员保留对副翼和襟翼的单独控制。 混频器用于将单独的导频输入组合到称为襟翼龙的单组控制表面中。 许多结合襟翼龙的设计将控制表面安装在远离机翼的位置，以在高攻角和/或低空速下提供不受干扰的气流。 [Figure 5-9]

5.1.5 电梯 #

电梯围绕横轴控制俯仰。 与小型飞机上的副翼一样，电梯通过一系列机械连杆连接到驾驶舱中的控制柱。 控制柱的后部移动使电梯表面的后缘向上偏转。 这通常被称为UP“电梯”。 [Figure 5-10]

升降机位置减小了电梯的外倾角并产生向下的空气动力学力，这大于直线和水平飞行中存在的正常尾部向下力。 整体效果导致飞机的尾部向下移动，机头向上倾斜。 俯仰力矩发生在重心 (CG) 附近。 俯仰力矩的强度取决于 CG 与水平尾面之间的距离，以及水平尾面的空气动力学效力。 向前移动控制列会产生相反的效果。 在这种情况下，电梯倾角增加，在水平稳定器/升降机上产生更多的升力（更少的尾部向下力）。 这会向上移动尾巴并向下倾斜鼻子。 同样，关于 CG 的投球时刻。

如前所述，在关于稳定性、功率、推力线和尾翼上水平尾面的位置的覆盖范围中，是电梯有效性控制俯仰的因素。 例如，水平尾面可以像在T-尾设计中那样附着在垂直稳定器的下部、中点处或高点附近。

t-tail 在 t 尾配置中，在正常飞行条件下，升降机高于螺旋桨下冲洗以及机身和/或机翼周围的气流的大部分影响。 在这种未受干扰的空气中运行电梯允许在大多数飞行状态中保持一致的控制运动。 T-tail 设计已在许多轻型和大型飞机上流行起来，尤其是那些安装了后机身的发动机，因为 T-tail 的配置可以从发动机的排气爆炸中移除尾部。 水上飞机和两栖动物通常有 T 尾，以使水平表面尽可能远离水面。 另一个好处是减少了飞机内部的振动和噪音。

在低速时，T-Tail 飞机上的电梯必须经过更大数量的行程，以将机头抬高给定量，而不是传统的尾部飞机。 这是因为传统的尾翼飞机有从螺旋桨向下推尾部的下冲洗，以帮助抬起机头。

由于控制飞机上的控制装置是为了增加控制行程需要增加的控制力，因此提升 T 尾飞机的机头所需的力大于传统的尾翼飞机。 修剪后的飞机的纵向稳定性对于两种类型的配置都是相同的，但飞行员必须意识到在起飞、着陆或失速期间所需的控制力比配备传统尾部的类似尺寸的飞机更大。

T-Tail 飞机还需要额外的设计考虑来解决颤振问题。 由于水平表面的重量位于垂直稳定器的顶部，因此产生的力矩臂会在垂直稳定器上产生高负荷，从而导致颤动。 工程师必须通过增加垂直稳定器的设计刚度来弥补这一点，通常会导致传统尾部设计的重量损失。

当以低空速和 AFT CG 的非常高的 AOA 飞行时，T-tail 飞机可能容易受到深度失速的影响。 在一个很深的失速中，水平尾部的气流被来自机翼和机身的干扰气流覆盖。 在这些情况下，电梯或稳定器的控制可能会减少，因此难以从失速中恢复。 应该注意的是，AFT CG 通常是这些事件的一个促成因素，因为在具有 AFT CG 的传统尾翼飞机上也发现了类似的恢复问题。 [Figure 5-11]

由于在高空速和后CG位置的高AOA飞行可能很危险，因此许多飞机都有系统来弥补这种情况。 系统范围从

控制停止到电梯下弹簧。 电梯下弹簧有助于降低飞机的机头，以防止由后 CG 位置引起的失速。 失速的发生是因为正确修剪的飞机与电梯处于后缘向下位置飞行，迫使尾部向上和机头向下。 在这种不稳定的情况下，如果飞机遇到湍流并进一步减速，装饰片不再将电梯定位在机头向下的位置。 然后电梯流线型，飞机的机头向上倾斜，可能导致失速。

升降机下弹簧在电梯上产生机械载荷，如果没有平衡，它会朝下机头位置移动。 电梯装饰片平衡电梯向下弹簧以将电梯定位在修剪位置。 当装饰片失效时，向下弹簧将电梯驱动到机头向下的位置。 飞机的机头下降，速度增加，并且防止了失速。 [Figure 5-12]

电梯还必须有足够的权力来将飞机的机头固定在圆满期间着陆。 在这种情况下，正向CG可能会导致问题。 在着陆耀斑期间，功率通常会降低，这会减少尾翼上方的气流。 这与降低的着陆速度相结合，使电梯的效率降低。

正如本讨论所表明的那样，飞行员必须了解并遵循适当的装载程序，特别是在 CG 位置方面。 有关飞机装载以及重量和平衡的更多信息，包含在第 9 章的重量和平衡中。

5.1.6 稳定器 #

如第 2 章所述，飞机结构，稳定器本质上是一种单件式水平稳定器，可旋转

从中心铰链点。 当控制柱向后拉时，它会抬起稳定器的后缘，将飞机机头向上拉。 向前推动控制柱会降低稳定器的后缘，并向下倾斜飞机的前缘。

由于稳定器围绕中心铰链点枢转，因此它们对控制输入和空气动力载荷极为敏感。 防伺服片在后缘上加入以降低灵敏度。 它们偏转与稳定器相同的方向。 这导致移动稳定器所需的力增加，从而使其不太容易发生飞行员诱导的过度控制。 此外，平衡重量通常被包含在主梁的前面。 平衡重可以伸入尾翼中，或者可以结合在稳定器尖端的前部。 [Figure 5-13]

5.1.7 鸭 #

Canard 设计采用了两个提升表面的概念，Canard 用作位于主翼前面的水平稳定器。 实际上，鸭翼是一种类似于传统后尾设计的水平面的翼型。 不同之处在于，与向下施加力以防止鼻子向下旋转的后尾设计相反，鸭嘴实际上会产生提升并保持鼻子向上。 [Figure 5-14]

Canard 的设计可以追溯到航空的先驱时代，最著名的是在 Wright Flyer 上使用。 最近，Canard 配置重新流行起来，并出现在较新的飞机上。 鸭式设计包括两种类型——一种水平表面与普通尾尾的大小大致相同

设计，另一个具有相同尺寸的表面和后置翼的翼型，称为串联机翼配置。 从理论上讲，Canard 被认为更有效，因为使用水平表面来帮助提升飞机的重量应该会减少给定量的升力。

5.1.8 方向舵 #

舵控制飞机绕其垂直轴的运动。 这个运动称为偏航。 与其他主要控制表面一样，舵是铰接到固定表面的可移动表面，在这种情况下是垂直稳定器或鳍片。 移动左侧或右侧方向舵踏板控制方向舵。

当方向舵偏转到气流中时，向相反方向施加水平力。 [Figure 5-15] 通过踩左踏板，方向舵向左移动。 这改变了垂直稳定器/舵周围的气流，并创建了一个

向右移动尾部并将飞机的鼻向向左移动的侧向升降机。 方向舵的有效性随着速度而增加； 因此，可能需要在低速下进行大偏转和高速下的小偏转以提供所需的反应。 在螺旋桨驱动的飞机上，任何流过舵的滑流都能提高其有效性。

V-tail V-tail 设计利用两个倾斜的尾部表面来执行与传统升降舵和方向舵配置的表面相同的功能。 固定曲面既是水平稳定器，又是垂直稳定器。 [Figure 5-16]

通常称为舵机的可移动表面通过特殊连杆连接，该联动装置允许控制轮同时移动两个表面。 另一方面，舵踏板的位移以不同方式移动表面，从而提供方向控制。

当驾驶员移动方向舵和升降舵控制时，控制混合机构将每个表面移动适当的量。 V-tail 的控制系统比传统尾部所需的控制系统更复杂。 此外，V 尾设计比传统尾部更容易受到荷兰滚动倾向的影响，并且阻力的总减少是最小的。

5.1.9 二级飞行控制 #

二级飞行控制系统可能包括翼翼、前缘设备、扰流板和装饰系统。

5.1.10 襟翼 #

襟翼是飞机上最常见的高升力装置。 这些连接到机翼后缘的表面增加了任何给定 AOA 的升力和诱导阻力。 襟翼允许在高巡航速度和低着陆速度之间进行折衷，因为它们可以在需要时延长，并在不需要时缩回机翼结构中。 有四种常见的襟翼类型：平板、分裂、开槽和福勒襟翼。 [Figure 5-17]

普通襟翼是四种类型中最简单的。 它增加了翼型外倾角，导致给定 AOA 处的升力系数 (CL) 显着增加。 同时，它大大增加了阻力并在机翼上移动了压力中心 (CP)，从而产生了向下的俯仰力矩。

分裂的襟翼从翼型的下表面偏转，并且比普通襟翼产生的升力略大增加。 由于翼型后面产生的湍流空气模式，产生了更多的阻力。 当完全伸展时，平板和分叉襟翼都产生了高阻力，几乎没有额外的提升。

当今飞机上最受欢迎的襟翼是开槽襟翼。 这种设计的变体用于小型飞机以及大型飞机。 开槽襟翼比普通或分裂襟翼增加了升力系数。 在小型飞机上，铰链位于襟翼下表面的下方，当襟翼降低时，在翼的襟翼和襟翼的前缘之间形成一条管道。 当开槽襟翼降低时，来自下表面的高能量空气被管道输送到襟翼上表面。 来自狭缝的高能量空气加速了上表面边界层并延迟了气流分离，提供了更高的 Cl。 因此，开槽襟翼产生的最大升力系数 (Cl-max) 比普通或开口襟翼的增加要大得多。 虽然有许多类型的开槽襟翼，但大型飞机通常有双槽甚至三槽襟翼。 这些允许最大的阻力增加，而没有气流在襟翼上分开并破坏它们产生的升力。

福勒襟翼是一种开槽襟翼。 这种襟翼设计不仅改变了机翼的外倾角，还增加了机翼的面积。 它不是在铰链上向下旋转，而是在轨道上向后滑动。 在其延伸的第一部分，它几乎没有增加阻力，但随着它增加面积和外倾角，提升了很大程度的提升。 随着延伸的继续，襟翼向下偏转。 在其行程的最后部分，襟翼增加了阻力，而升力几乎没有增加。

5.1.11 前沿设备 #

高升力装置也可以应用于翼型的前缘。 最常见的类型是固定槽、可移动板条、前缘襟翼和袖口。 [Figure 5-18]

固定槽将气流引导至上翼表面，并在较高的迎角处延迟气流分离。 插槽不会增加机翼外倾角，但允许更高的最大 CL，因为失速被延迟到机翼达到更大的 AOA。

可移动板条由在轨道上移动的前缘段组成。 在低迎角处，每个板条与机翼前缘形成的高压保持齐平，与机翼前缘齐平。 随着 AOA 的增加，高压区域在机翼下表面以下向后移动，使板条向前移动。 然而，一些板条是先导操作的，可以在任何 AOA 处部署。 打开板条使机翼下方的空气流过机翼上表面，从而延迟气流分离。

前缘襟翼，如后缘襟翼，用于增加机翼的 Cl-max 和外倾角。 这种类型的前缘装置经常与后缘襟翼结合使用，并且可以减少后者产生的向下俯仰运动。 与后缘襟翼一样，前缘襟翼的小幅增量比阻力更大程度地增加了提升的程度。 随着越来越多的襟翼延伸，阻力增加的速度大于提升的速度。

前缘袖口，如前缘襟翼和后缘襟翼用于增加机翼的 CL-Max 和外倾角。 与前缘襟翼和后缘襟翼不同，前缘袖口是固定的空气动力学装置。 在大多数情况下，前缘袖口向下和向前延伸前缘。 这会导致气流在较高的迎角下更好地附着在机翼的上表面，从而降低了飞机的失速速度。 前缘袖口的固定特性在最大巡航空速中获得了惩罚，但最近在设计和技术方面的进步减少了这种惩罚。

5.1.12 扰流板 #

在许多滑翔机和一些飞机上都可以找到称为扰流板的高阻力装置，以破坏平稳的气流，减少升力并增加阻力。 在滑翔机上，扰流板最常用于控制下降速度以实现准确的着陆。 在其他飞机上，经常使用扰流板进行侧倾控制，其优点是消除了不良偏航。 例如，为了右转，右翼的扰流板被抬起，破坏了一些升降机并在右侧产生了更多的阻力。 右翼落下，飞机向右倾斜和偏航。 同时在两个机翼上部署扰流板可以使飞机在没有速度的情况下下降。 还部署了扰流板以帮助减少着陆后的地面滚动。 通过破坏升力，它们将重量转移到车轮上，从而提高了制动效率。 [Figure 5-19]

5.1.13 装饰系统 #

尽管飞机可以在各种姿态、空速和功率设置范围内运行，但它可以设计为仅在这些变量的非常有限的组合中不干涉。 装饰系统用于减轻飞行员在飞行控制上保持恒定压力的需要，并且通常包括安装在一个或多个主要飞行控制表面的后缘上的飞行甲板控制和小型铰链装置。 旨在帮助最大限度地减少飞行员的工作量的微调系统在空气动力学上协助飞行控制表面的运动和位置。 常见的装饰系统类型包括修剪

选项卡、天平选项卡、防伺服片、地面可调选项卡和可调稳定器。

5.1.14 修剪标签 #

小型飞机上最常见的安装是安装在电梯后缘的单个装饰片。 大多数装饰片由小型垂直安装的控制轮手动操作。 但是，在某些飞机上可能会找到修剪曲柄。 飞行甲板控件包括修剪选项卡位置指示器。 将修剪控件置于全前下位置，将修剪选项卡移动到其完整的向上位置。 随着装饰片向上并进入气流，水平尾面上的气流倾向于迫使电梯的后缘向下。 这导致飞机的尾部向上移动，鼻子向下移动。 [Figure 5-20]

如果“修剪”选项卡设置为“向上全向上”位置，则该选项卡将移动到其完整向下位置。 在这种情况下，水平尾部下方的空气会撞击标签并迫使电梯的后缘向上，从而减少了电梯的 AOA。 这导致飞机的尾部向下移动，鼻子向上移动。

尽管装饰片和电梯的方向相反，但对飞行员来说，微调的控制是自然的。 如果飞行员需要在控制柱上施加恒定的背压，则表明需要向上调整。 正常的修剪程序是继续修剪，直到飞机平衡并且机头沉重的情况不再明显。 飞行员通常首先建立所需的功率、俯仰姿态和配置，然后修剪飞机以缓解该飞行条件可能存在的控制压力。 任何时候功率、俯仰姿态或配置发生变化，都需要重新修整以减轻新飞行条件的控制压力。

5.1.15 平衡标签 #

某些飞机的控制力可能过高，并且为了减少它们，制造商可以使用平衡片。 它们看起来像修剪标签，并与装饰标签大致相同的位置铰接。 两者之间的本质区别在于，平衡片连接到控制表面杆，因此当主控制表面沿任意方向移动时，凸耳自动沿相反的方向移动。 气流撞击在主控面上抵消了部分气压，使飞行员能够更轻松地移动并将控制面保持在适当的位置。

如果平衡片和固定表面之间的连接可从飞行甲板上调节，则该选项卡可作为组合装饰和平衡片，可调整为任何所需的偏转。

5.1.16 反伺服标签 #

防伺服片的工作方式与平衡片的工作方式相同，不同的是，它们不是以相反的方向移动，而是在与稳定器的后缘相同的方向上移动。 除了降低稳定器的灵敏度外，防伺服片还用作修整装置，以释放控制压力并将稳定器保持在所需位置。 连杆的固定端位于表片上与喇叭的表面的另一侧； 当稳定器的后缘向上移动时，该连杆会迫使标签的后缘向上。 当稳定器向下移动时，标签也会向下移动。 相反，电梯上的修剪标签与控制表面相对移动。 [Figure 5-21]

5.1.17 地面可调标签 #

许多小型飞机在舵上都有一个不可移动的金属装饰片。 在地面上向一个方向或另一个方向弯曲该标签以对方向舵施加修剪力。 正确的位移由反复试验确定。 通常，在飞机正常巡航飞行中不再向左或向右打滑之前，需要进行小幅调整。 [Figure 5-22]

5.1.18 可调稳定器 #

一些飞机没有在电梯的后缘使用可移动的卡舌，而是有一个可调节的稳定器。 通过这种布置，连杆使水平稳定器围绕其后梁枢转。 这是通过使用安装在稳定器前缘上的千斤顶来实现的。 [Figure 5-23]

在小型飞机上，千斤顶是用装饰轮或曲柄操作的电缆。 在较大的飞机上，它是电机驱动的。 可调稳定器的修剪效果和飞行甲板指示与修剪选项卡相似。