航模2-飞行原理2012

欢迎同学们西北工业大学工程训练中心张玉洁2010年3月第一节基本概念一、绪论1、模型飞机：速度343.92千米/小时，高度8205米，距离832.43千米，续航时间33小时39分15秒，2、无线电世界记录（2001年）：倒飞、垂直8字、水平8字。无线电遥控飞机模型空中做特技：3、模型飞机飞行原理的研究：翼型的研究提高机翼性能的研究模型飞机稳定性的研究模型飞机的各部分比例及配置问题螺旋桨的研究二、有关空气的一些知识：气体的压力是由于气体分子在不断运动时冲击到物体表面而产生的。空气的压强就是单位面积所受到的空气压力。在一密闭容器内（分子数目不变），温度越高，分子运动越活跃，速度增大，冲击力就大，压力就大，压强就大。1、空气的压强2、空气的密度：tP273465.0大气密度为:千克/m3大气压强：毫米汞柱大气温度：℃空气的粘性随着温度的变化而变化，温度越低空气的粘性越小，温度越高空气粘性越大。空气流过物体表面的时候，就像润滑油一样，最靠近物体表面的空气是附着在物体表面的，离表面稍远，空气的速度便稍大。达到一定距离后，粘性的作用就表现不明显了，在这附近的气流速度等于没有黏性作用时的速度，所以空性的黏性作用只是明显表现在物体表面薄薄的一层空气内，离开了这紧靠着物体表面的一薄层便可以认为空气是没有黏性的，这一薄层空气成为边界层（或附面层）。3、空气的粘性第二节飞行器1、飞行器一、简介航空器：飞机，热气球.飞行器航天器：人造卫星，宇宙飞船，空间站，航天飞机火箭和导弹：就是能够离开地面飞行的装置，在地球大气层内或在大气层之外的空间（含环地球的空间、行星和行星际空间）飞行的器械。2、航空器轻航空器：轻于空气的航空器（浮空器），利用空气静力学原理升空。气球，飞艇固定翼（飞机，滑翔机）旋翼航空器（直升机，旋翼机）重航空器：重于空气的航空器，利用空气动力学原理升空扑翼机倾转旋翼航空器（垂直起落飞机）具有固定翼与旋翼的双重特性（产生升力的基本原理）轻航空器模型就是指它的重量比同体积空气轻的航空器。它是依靠空气的浮力而升空的。二、轻航空器1、概念：根据阿基米德定律，任何物体在空气中都会受到向上的浮力，这个浮力的大小等于被物体排开的空气的重量。2、升空原理：氢气3、充入气体4、常见的轻航空器（０．０９千克力／米３）（０．１８千克力／米３）氦气热空气。装有发动机和推进装置（螺旋桨），并且有安定面、操纵面以及装载人或货物的吊舱，其飞行路线可以控制。飞艇一般制造成流线型，以减少阻力。飞艇还装有尾翼，以保证它前进底稳定性，并且通过尾翼操纵飞艇的方向。气球是没有动力装置而靠自然风运动。飞艇5、计算气球的直径D气球的体积为气球所受到的浮力F气球所受到的重力:球的表面积球囊的重量↓36DV(空气的比重ρ)↓36DFV浮空气空气＝36DGV热空气热空气热空气＝热空气的比重ρ热空气气囊热空气GGG热空气G气囊G2SD(球囊材料单位面积的重量d)21.21.2GSdDd球囊＝↓比较可知：Ｆ浮力〉Ｇ气球就能够升空Ｆ浮力〈Ｇ气球就不能够升气球的直径是1M，空气的比重是１.２２６千克／米３(在15℃和标准大气压的情况下)热空气(75℃)的比重是1.016千克／米３，球囊的材料采用烟卷纸，每平方米的重量是0.022千克力，6、举例说明：Ｆ浮〉Ｇ气球3333.1411.226/60.642()3.1411.016/61.23.1410.0220.615()FG浮气球千克力千克力热气球能升起来三、重航空器1．概念：重航空器是指它的重量比同体积的空气重的航空器。如飞机、滑翔机等都属于重航空器。2．升空原理：重航空器所受的浮力比重力小得多，不可能依靠浮力升空，靠自身与空气的相对运动产生升力升空飞行的。升空原理：空气动力学当一个物体在空气中运动，或者空气从物体表面流过得时候，空气对物体都会产生作用力，我们把空气这种作用在物体上的力叫做空气动力。一、空气动力：第三节空气动力学对于整架模型飞机来说，产生升力的除过机翼外，还有尾翼；二、空气动力：升力，阻力产生阻力的除过机翼外，还有机身尾翼发动机等部件。C:应用：风洞的设置四、空气动力学的几个基本原理1、相对性原理A:现象B:意义2、连续性原理A:现象B:流线C:连续性原理流体微团流动时所经过的路径叫流线（不可压缩流体）流体只能在通道中流动，在单位时间内通过通道上任何界面的流体质量都是相等的。(S1,S2两个截面)VS常数2211SVSV2211SVSV21SS21VV↓↓↓↓公式：(不可压缩流体)（由图可知）翼型绕流分析截面窄，流线密的地方，流体的速度快；D:应用(不可压缩流体)2211SVSV21SS21VV截面宽，流线稀的地方，流体的速度慢。3、伯努利定律A:现象B:伯努利定律当气体水平运动的时候，它包括两种能量：一种是垂直作用在流体表面的静压强的能量，另一种是由于气体运动而具有的动压强的能量，这两种能量之和是一个常数。221122/2/2VPVP静压强,用Ｐ表示，单位是千克力／米２；动压强用ρv2/2表示，其中ρ是空气密度，单位是千克力／米２；Ｖ是流速，单位是米／秒。（能量守恒定律）221122/2/2VPVP21VV21PP当一股气流，由于机翼的插入，被分成上下两股，通过机翼以后合为一股。由于机翼上表面拱起，使得上方那股气流的通道变窄。根据气流连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力大，这个压力差就是机翼产生的升力。4、升力产生五、模型飞机上的阻力阻力摩擦阻力压差阻力诱导阻力干扰阻力1、摩擦阻力空气的粘性表面粗糙度接触面积等2、压差阻力物体的最大迎风面积物体的形状（最主要）物体在气流中的姿态空气的粘性对于流线型好的物体摩擦阻力是主要的；对于流线型不好的物体压差阻力是主要的3、诱导阻力减少诱导阻力的办法是增大展弦比。4、干扰阻力机身与机翼尾翼结合部外挂及发动机发生部位5、升阻比221()21()2yyXXCVSCYKXCCVSY――升力；X――阻力；CY,CX――升力，阻力系数；六、模型飞机的机翼常用模型翼型有对称、1、翼型双凸、平凸、凹凸，s形和特种型对称翼型的中弧线和翼弦重合，上弧线和下弧线对称。一般用在线操纵或遥控特技模型飞机上。双凸翼型的上弧线和下弧线都向外凸，但上弧线的弯度比下弧线大。一般用在线操纵竞速或遥控特技模型飞机上平凸翼型的下弧线是一直线，最大升阻比要比双凸翼型大。一般用在速度不太高的初级线操纵或遥控模型飞机上。凹凸翼型的下弧线向内凹入，这种翼型能产生较大的升力，升阻比也比较大。用在竞赛留空时间的模型飞机上S形翼型的中弧线象横放的S形，这种翼型的力矩特性是稳定的，可以用在无水平尾翼的模型飞机上2、机翼的平面椭圆形梯形矩形矩形+梯形矩形+椭圆形（无线电操纵模型）（诱导阻力小，制作不方便）（接近于椭圆形，无线电操纵模型）（竞时模型）第四节航空术语1、翼型尾翼：平衡、安定和操纵飞机飞行姿态的部件，尾翼有不同的形式：2、尾翼3、马赫数和音速马赫数是一个无量纲的数音速，也称“声速”，是声波在介质中的传播速度A:最大平飞速度（Vmax）单位：km/hB:巡航速度（Vc）单位：km/hC:爬升率（Vy）单位：m/sD升限（H）单位：mE:航程（L）单位：kmF:续航时间（h）4、飞机的主要飞行性能指标达芬奇绘制的人力飞机达芬奇5、扑翼机（ornithopter）它是有别于常规气动布局的一种飞行器气动布局方式。飞翼又称全翼机。是一种没有尾翼并且机身的主要部分隐藏在厚厚的机翼内的航空器。对任何飞机来说只有机翼是必需的，所以从理论上讲去除所有其他多余的部件在设计上是可行的。有的飞翼机身还是保留的，但是肯定是没有尾翼。德国的“沃尔多·沃特曼”兄弟被认为设计制造了世界最早的飞翼。6、飞翼1926年成功试飞了БИЧ-31929飞翼”(X-216H1938年霍顿HORTENVIIB-2型轰炸机