橫向穩(wěn)定性(側(cè)滾)
沿機(jī)頭到尾部的縱軸的穩(wěn)定性稱為飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性。當(dāng)一邊的機(jī)翼比另一邊的機(jī)翼低時(shí)，這可以幫助穩(wěn)定側(cè)面傾斜或者側(cè)滾效果。有四個(gè)主要的因素使飛機(jī)保持橫向穩(wěn)定：上反角，傾覆效應(yīng)，后掠角和重力分布。
引起橫向穩(wěn)定性的最通常步驟是構(gòu)造機(jī)翼有1－3度的上反角。換句話說(shuō)，飛機(jī)每一邊的機(jī)翼和機(jī)身形成一個(gè)窄的V字型，或者叫上反角。它是通過(guò)位于平行于橫軸的直線之上的機(jī)翼形成的角度來(lái)度量。
當(dāng)然，側(cè)滾穩(wěn)定性的基礎(chǔ)是機(jī)翼產(chǎn)生力的橫向平衡。升力的任何不平衡都導(dǎo)致飛機(jī)縱軸側(cè)滾的趨勢(shì)。也就是說(shuō)，上反角引起升力的平衡，這些升力由飛機(jī)縱軸兩邊的機(jī)翼產(chǎn)生。
如果短暫的陣風(fēng)使飛機(jī)的一個(gè)機(jī)翼上升，另外一個(gè)機(jī)翼較低，飛機(jī)就會(huì)傾斜。當(dāng)飛機(jī)不是轉(zhuǎn)彎的傾斜時(shí)，它會(huì)側(cè)滑或者超機(jī)翼較低的側(cè)面下滑。圖3－17

因?yàn)闄C(jī)翼有上反角，空氣沖擊較低一側(cè)的機(jī)翼的迎角比較高一側(cè)的機(jī)翼大得多。這樣，較低一側(cè)的機(jī)翼的升力就增加，高一側(cè)的機(jī)翼升力就降低，飛機(jī)趨于恢復(fù)到最初的橫向平衡狀態(tài)(機(jī)翼水平)－即兩個(gè)機(jī)翼的迎角和升力又一次相等。
上反角的效果是產(chǎn)生一個(gè)側(cè)滾力矩，在發(fā)生側(cè)滑時(shí)這個(gè)力矩趨于使飛機(jī)恢復(fù)到橫向平衡飛行條件�；謴�(fù)力會(huì)把較低一側(cè)的機(jī)翼向上移動(dòng)很多，導(dǎo)致另一側(cè)的機(jī)翼向下。如果這樣的話，這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)下去，每一次橫向擺動(dòng)幅度降低，直到最終達(dá)到了機(jī)翼水平飛行的平衡。
相反地，過(guò)大的上反角對(duì)橫向機(jī)動(dòng)特性是不利的。飛機(jī)會(huì)橫向非常穩(wěn)定，以至于它會(huì)阻抗任何有意識(shí)的側(cè)滾運(yùn)動(dòng)。出于這個(gè)原因，要求快速側(cè)滾或者傾斜特性的飛機(jī)通常其上反角比那些較少機(jī)動(dòng)性設(shè)計(jì)的飛機(jī)上反角小。
由于后掠角影響的本性，它對(duì)上反角效果的影響是重要的。在側(cè)滑時(shí)，風(fēng)中的機(jī)翼后掠角實(shí)際減小，而外側(cè)的機(jī)翼后掠角實(shí)際增大。掠翼只對(duì)垂直于機(jī)翼前緣的風(fēng)分量敏感。從而，如果機(jī)翼工作在正升力系數(shù)，風(fēng)中的機(jī)翼升力增加，風(fēng)外的機(jī)翼升力降低。如此，后掠翼會(huì)促進(jìn)正上反角效果，而前掠翼會(huì)促進(jìn)負(fù)上反角效果。
飛行中，機(jī)身的側(cè)面區(qū)域和垂直尾翼對(duì)氣流的反作用非常類似于船的龍骨。它對(duì)飛機(jī)的縱軸施加一個(gè)穩(wěn)定的橫向影響。
建造如此橫向穩(wěn)定的飛機(jī)，以至于龍骨區(qū)域的絕大部分在重心的后面上方。圖3－18

這樣，當(dāng)飛機(jī)朝一邊側(cè)滑時(shí)，飛機(jī)的重量和反抗龍骨區(qū)域上部的氣流壓力(都作用于重心)的合力趨于使飛機(jī)側(cè)滾回到機(jī)翼水平的飛行狀態(tài)中。
垂直穩(wěn)定性(偏航)
飛機(jī)的垂直軸(側(cè)向力矩)穩(wěn)定性稱為偏航或者方向穩(wěn)定性。偏航或者方向穩(wěn)定性在飛機(jī)設(shè)計(jì)中是更加容易實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性。垂直尾翼的面積和重心之后的側(cè)面起主要的作用，它使得飛機(jī)就向熟悉的風(fēng)向標(biāo)或者箭一樣使機(jī)頭指向相對(duì)風(fēng)方向。
在考查風(fēng)向標(biāo)時(shí)，可以看到如果支點(diǎn)的前后迎風(fēng)的面積大小是相同的，那么結(jié)果是前后的力平衡，指向運(yùn)動(dòng)很小或者基本沒(méi)有。所以，就必須讓支點(diǎn)后面的面積比前面的面積大得多。在飛機(jī)中也類似，設(shè)計(jì)者必須確保正的方向穩(wěn)定性，方法是適重心之后的側(cè)面積比重心之前的側(cè)面積大得多。如圖3－19

為了在機(jī)身之外提供更多得正穩(wěn)定性，增加了一個(gè)垂直尾翼。垂直尾翼得作用類似于箭上維持直飛的羽毛。和風(fēng)向標(biāo)和箭一樣，垂直尾翼的位置越靠后，面積越大，飛機(jī)的方向穩(wěn)定性就越強(qiáng)。