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减重是航空工业的永恒话题，航空人不惜为减轻一克重量而孜孜以求。当年，苏联在研制苏-27飞机时也遇到了超重问题，采取了很多办法都没有奏效，最后不惜重金奖励，才将问题解决。其实，技术上的重大突破往往要比重金奖励更有效，放宽静稳定度技术便是一例。为了说明放宽静稳定度技术，有必要先介绍飞机的稳定性与操纵性。

一、飞机的稳定性

下面这组小球诠释了稳定性的一般概念。

图1  小球平衡的三种状态

所谓稳定性，就是当物体受到外部扰动偏离了原有状态，当扰动消失后，物体是否具有自动恢复原有状态的能力。如果有，物体是稳定的；反之，是不稳定的。上图小球依次为稳定、随遇稳定和不稳定。

飞机的稳定性，是指飞机以某一状态飞行时，如果受到外部扰动（如大气扰动、发动机推力脉动、飞行员无意识碰杆等）偏离了原有状态，当扰动消失后，飞机是否具有自动恢复原有状态的能力。如果有，飞机是稳定的；反之，就是不稳定的。

飞机在空中是围绕着重心运动的，因此飞机是否具有稳定性，取决于焦点（扰动引起的升力增量的作用点）与飞机重心之间的位置关系。

图2  飞机的纵向稳定性分析

以纵向稳定性为例，假设扰动作用使飞机迎角增大，产生了升力增量ΔY，并作用于飞机焦点（扰动引起的升力增量的作用点），当飞机焦点位于重心之后时，参见图中（a），ΔY对飞机重心构成了低头力矩，一旦扰动消失，将使飞机迎角减小恢复到原有迎角。此时，飞机具有纵向稳定性。当飞机焦点位于重心之前时，参见图中（b），ΔY对飞机重心构成了抬头力矩，一旦扰动消失，将使飞机迎角继续增大，飞机失稳。显然，飞机不具有纵向稳定性。

因此，飞机具有纵向稳定性的条件是飞机焦点位于重心之后。通常以飞机的稳定裕度表示，即焦点到重心的距离占机翼平均空气动力弦长的百分比，且焦点位于重心之后为正，反之为负。早期，战斗机的纵向稳定裕度为正5%左右，运输机的纵向稳定裕度一般为正5%-10%。

推而广之，飞机的纵向稳定性条件也适用于羽毛球、纸飞机、毽子等体育、娱乐用品。

除纵向稳定性外，飞机还有横向稳定性和方向稳定性问题，三者大体类似，不再逐一展开。

飞机的稳定性，是飞机的固有特性。对于设计定型的飞机，其稳定性是确定的。显然，不稳定的飞机是不能飞行的。

二、飞机的操纵性

飞机的操纵性，反映飞机在飞行员操纵下改变自身运动状态的能力。

通常，飞行员用驾驶杆（驾驶盘）、油门杆和脚蹬（俗称两杆一舵）来操纵飞机，并通过操纵系统传动改变升降舵、副翼、方向舵的舵面位置和发动机的工作状态，从而改变飞机的运动状态。

图3   飞机操纵性示意图

其中，飞机纵向操纵是通过推拉驾驶杆，经传动装置带动升降舵偏转，产生俯仰力矩，改变飞机迎角并产生附加升力，从而使飞机绕横轴（O-X）旋转产生抬头或低头。

飞机横向操纵是通过左右压杆（转动驾驶盘），经传动装置带动左右副翼反向偏转，形成滚转力矩，从而使飞机绕纵轴（O-Y）旋转产生滚转。

航向操纵是通过左右脚蹬蹬舵，经传动装置带动方向舵偏转，在垂直尾翼上产生附加侧力，形成偏航力矩，从而使飞机绕立轴（O-Z）旋转改变航向。

飞机操纵性，可以用飞行员操纵飞机时的舵面偏转量与杆舵偏移量的比值进行衡量。比值越大，意味着操纵效率越高，飞机的操纵性越好。

飞机的操纵性与稳定性是一对矛盾。飞机的稳定性越好，意味着越难以改变飞机的原有飞行状态，从而对飞机的操纵性也就提出了更高的要求。

三、放宽飞机静稳定度

这是在飞机实现了超声速飞行之后，遇到的新问题。

随着飞行M数的增大，飞机的焦点位置不断后移。其中，在亚声速段，焦点位置靠前，且不随飞行M数变化；在跨声速段，随着飞行M数的增大，焦点持续后移；在超声速段，焦点位置稳定在翼弦中部，不再随飞行M数变化。这样一来，随着飞机飞行M数增大和焦点后移，飞机的纵向稳定性不断增强，从而对纵向操纵性提出了更高的要求。于是，人们看到了这样的现实：从亚声速飞机到超声速飞机，飞机的控制舵面明显增大，而且在纵向操纵上还将水平安定面与升降舵融为一体，出现了全动式水平尾翼，结果必然导致飞机结构重量不断增大。从歼五飞机到歼六飞机便可以看出这些变化。 

图4  歼五与歼六飞机

于是，有人提出了逆向思维：能否放宽飞机的静稳定度，亚声速段允许飞机静不稳定，超声速段保持飞机稳定，从而降低超声速段的操纵性要求。至于亚声速段的飞机稳定性，则可以通过飞行控制系统的实时控制实现强制稳定。20世纪70年代，随着电传飞行控制系统的问世，放宽静稳定度技术得到了广泛运用。目前，飞机的稳定裕度可以放宽到-15%。歼十飞机就采用了放宽静稳定度技术。

图5  歼十飞机

采用放宽静稳定度技术，除了降低超声速段的操纵性要求以外，如果让飞机重心位于焦点之后，还可以将平尾的配平升力由负变正，参见图2（b），将传统的“挑”式飞机变为“抬”式飞机，减小了配平阻力，从而有利于全面改善飞机的战术技术性能。以美国的B-52轰炸机为例，采用放宽静稳定度技术后，结构重量减轻6.4%，阻力减小2%，航程增加4.3%。别小看了这些不起眼的百分比，B-52的空重是83250千克，6.4%就是5328千克；航程是16232千米，4.3%就是698千米。可见效果之显著。

【作者简介】李清，航空工业发展研究中心研究员，航空工业集团公司特级技术专家，从事航空产品发展战略与装备体系研究。

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