3章飞行原理

飞行原理第三章第九章第页2飞机的装载情况不仅影响飞机的稳定性和操纵性，还要影响飞行性能，甚至危及飞机和飞行的安全。重量对飞行性能的影响重量对飞机结构的影响（特别是大重量在阵风中飞行）重量对飞机稳定性和可控性的影响载荷分布的影响3.1飞机重心、机体坐标和飞机在空中的自由度第九章第页3飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变的基本原理。第九章第页4①重心（CenterofGravity）飞机各部件、燃料、乘员、货物等重力的合力，叫飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。飞机的重心和坐标轴第九章第页5重心CG飞机在空中的运动，总可分解成飞机各部分随飞机重心一起的移动和飞机各部分绕重心的转动。②重心与机体轴第九章第页6●重心位置的表示X重bMCA重心%100MCAGGbXX重心的前后位置常用重心在某一特定翼弦上的投影到该翼弦前端的距离，占该翼弦的百分数来表示。第九章第页7●平均空气动力弦（MAC）假想的矩形翼的面积、空气动力及俯仰特性与原机翼相同。第九章第页8几何中心●标准平均弦（SMC）●平均空气动力弦（MAC）重心的前后位置常用重心在MAC上的投影到该翼弦前端的距离，占该翼弦的百分数来表示。标准平均弦等于机翼面积与翼展的比值。第九章第页9飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两个方面。本节只分析各力矩的平衡。相对横轴(OZ轴)——俯仰平衡相对立轴(OY轴)——方向平衡相对纵轴(OX轴)——横侧平衡3.2飞行时作用在飞机上的外载荷及其平衡方程第九章第页101、飞机的俯仰平衡飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零，迎角不变。第九章第页11CPCG●俯仰力矩主要有:①机翼产生的俯仰力矩②水平尾翼产生的俯仰力矩③拉力（或推力）产生的俯仰力矩第九章第页12机翼产生的俯仰力矩的大小最终只取决于飞机重心位置、迎角和飞机构型。一般情况下机翼产生下俯力矩。①机翼产生的俯仰力矩第九章第页13②平尾产生的俯仰力矩在正常飞行中，水平尾翼产生负升力，故水平尾翼力矩是上仰力矩。当迎角很大时，也可能会产生下俯力矩。水平尾翼产生的俯仰力矩取决于机翼迎角、升降舵偏角和流向水平尾翼的气流速度。第九章第页14●获得俯仰平衡的条件：0ZM第九章第页152、飞机的方向平衡飞机的方向平衡是指作用于飞机的各偏转力矩之和为零，侧滑角不变或侧滑角为零。第九章第页16●侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。第九章第页17●偏转力矩主要有:①两翼阻力对重心产生的偏转力矩②垂尾侧力对重心产生的偏转力矩③双发或多发飞机拉力产生的偏转力矩第九章第页18●获得方向平衡的条件：0yM第九章第页193、飞机的横侧平衡飞机的横侧平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和为零，坡度不变。第九章第页20●滚转力矩主要有:①两翼升力对重心产生的滚转力矩②螺旋桨反作用力矩对重心产生的滚转力矩第九章第页21●获得横侧平衡的条件：0YF第九章第页22平衡方程力的平衡：力矩平衡：0yM0zM0zF0XF0YF0xM第九章第页233.3载荷系数L----飞机升力W-----飞机重力●平飞L=WnY=1nY=L/W第九章第页243.4巡航飞行、起飞和着陆3.4.1巡航飞行nY=13.4.2巡航性能巡航性能主要研究飞机的航程和航时。航时是指飞机耗尽其可用燃油在空中所能持续飞行的时间。航程是指飞机耗尽其可用燃油沿预定方向所飞过的水平距离。第九章第页261、平飞航时能获得平飞航时最长的平飞速度称久航速度。久航速度等于最小功率速度Vmp。第九章第页27能获得平飞航程最长的速度称远航速度。远航速度等于最小阻力速度Vmd；实际中，远航速度大于Vmd。2、平飞航程第九章第页282、平飞航程重量增加（货），航程缩短；重量增加（油），航程增加。小型飞机实际飞行中的典型巡航状态均为远航状态。在保持同一空速下，顺风飞行，地速增大，公里（海里）燃油消耗量减小，平飞航程增长；逆风飞行则相反。顺风飞行可适当减小空速以增大平飞航程；逆风飞行可适当增大空速以增大平飞航程。第九章第页293.4.2起飞起飞线滑跑--加速---飞机离地--爬升过安全高度飞机离地速度v离=[(2W)/(CL离ρS)]1/2第九章第页303.4.3着陆飞机接地速度v接=k[(2W)/(CL接ρS)]1/2第九章第页31平飞是指飞机作等高、等速不带倾斜和侧滑的直线飞行。平飞是运输机的一种主要飞行状态。平飞第九章第页321、平飞的作用力及所需速度飞机在空中稳定直线飞行时,受到四个力的作用：升力(L)、重力(W)、拉力(P)、阻力(D)。升力拉力重力阻力第九章第页33DPWL升力等于重力，高度不变拉力等于阻力，速度不变●平飞运动方程升力拉力重力阻力第九章第页34SCWVSVCLWLL2212平飞2、平飞所需速度能够产生足够的升力来平衡重力的飞行速度叫平飞所需速度，以v平飞表示。v平飞计算公式和影响因素第九章第页35●v平飞的主要影响因素SCWVL2平飞飞机重量越大，v平飞越大升力系数越大，v平飞越小第九章第页363、平飞拉力曲线平飞所需拉力KWWLDPLWDP平飞平飞PVI8012016020024026020016012080404°2°0°16°8°随着平飞速度的增大，平飞所需拉力先减小后增大。原因：升阻比随迎角的变化第九章第页37平飞所需拉力即平飞阻力DVID诱导D废D平飞VMD平飞所需拉力曲线变化的原因分析V↑｛平飞诱导阻力↓废阻力↑平飞阻力最小对应：平飞诱导阻力＝废阻力有利速度第九章第页38平飞所需功率最小的速度，VMP平飞最小功率速度在平飞所需功率曲线的最低点。以前称经济速度，对应的迎角称最小功率迎角，以前称经济迎角。4、最小功率速度NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°VMP第九章第页39平飞最小速度到平飞最大速度的区间称为平飞速度范围。PVIV2V2V1V1VMP第二速度范围第一速度范围0平飞速度范围平飞第一速度范围是正操纵区平飞第二速度范围是反操纵区第九章第页40②平飞性能变化平飞最大速度的变化PVI801201602002402602001601208040P可用Vmax120000英尺10000英尺海平面(H=0)30000英尺Vmax3Vmax4Vmax2高度增加，密度减小，发动机功率降低，可用拉力曲线下移；高度增加，保持表速飞行，动压不变，阻力不变，需用拉力曲线不动。●vmax随飞行高度的变化第九章第页41高度增加，平飞最大速度IAS减小，平飞最大真速TAS也减小。HVIA理论升限VMPVmax0●vmax随飞行高度的变化第九章第页42PVI801201602002402602001601208040P可用满Vmax1P平需W1W2Vmax2W2W1●vmax随重量的变化重量增加，同一迎角下只能增速，才能产生更大的升力，速度大，阻力大。因此，所需拉力曲线上的每一点（对应一迎角）均向上（阻力大）向右（速度大）移动。因此，重量增加，平飞最大速度减小。第九章第页435、飞机平飞改变速度的原理螺旋桨飞机以最小功率速度为界，将平飞速度划为两个范围。第一范围为正操纵区，第二范围为反操纵区。PVIV2V2V1V1VMP第二速度范围第一速度范围0油门大迎角大速度小油门小迎角小速度大油门小迎角大速度小油门大迎角小速度大第九章第页44加速：V1到V2，加油门，随速度的增加，顶杆保持高度。减速：V2到V1，收油门，随速度的降低，带杆保持高度。PVIV2V2V1V1VMP第二速度范围第一速度范围0油门大迎角大速度小油门小迎角小速度大油门小迎角大速度小油门大迎角小速度大在第一速度范围内第九章第页45加速：V1到V2，最初需加油门使飞机加速，顶杆保持高度，然后逐步收油门。减速：V2到V1，最初需收油门使飞机减速，带杆保持高度，然后逐步加油门。②在第二速度范围内PVIV2V2V1V1VMP第二速度范围第一速度范围0油门大迎角大速度小油门小迎角小速度大油门小迎角大速度小油门大迎角小速度大3.6上升与下降飞机沿倾斜向上的轨迹做等速直线的飞行叫做上升。上升是飞机取得高度的基本方法。3.6上升与下降3.6.1上升第九章第页471、飞机上升的作用力升力重力W上升角阻力推力上上上上飞机在空中稳定上升时,受到四个力的作用：升力(L)、重力(W)、拉力(P)、阻力(D)。通常把重力再进行分解。第九章第页48上上cossinWLWDP上升运动方程，将重力进行分解分析：同速度上升时，上升拉力大于平飞拉力；上升升力小于平飞升力。●上升运动方程第九章第页49上平飞上上上上coscos221cos2VSCWVSVCLWLL上升时，上升角较小，V上与V平飞近似相等，∴D上≈D平而P＞D（P=D+Wsinθ）即：上升与平飞区别在于油门不同。（从而可用平飞拉力曲线分析上升性能。}●上升所需速度第九章第页502、上升性能上升角与陡升速度Vx升力重力W上升角阻力推力上上上上第九章第页51上升角：上升轨迹与水平线的夹角。陡升速度：上升角最大对应的上升速度。sinWDPWPWDPsin结论：上升角最大上升梯度最大剩余拉力最大以Vmp上升活塞螺旋桨飞机，Vx为Vmp。上升角与陡升速度Vx第九章第页52重量：重量增加，需用拉力曲线上移，△Pmax减小，最大上升角和上升梯度减小。PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用△PMAXVMPP=W/KW增加，P需用曲线上移，P可用曲线不动●影响上升角和上升梯度的主要因素第九章第页53飞行高度与气温：飞行高度增加和气温增加，均使空气密度减小。空气密度减小，需用拉力曲线不动，可用拉力曲线下移,△Pmax减小，最大上升角和上升梯度减小，Vx(IAS)不变。PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用△PMAXVMPP=W/K空气密度减小，需用拉力曲线不动，可用拉力曲线下移●影响上升角和上升梯度的主要因素第九章第页54②上升率与快升速度Vy上升率：上升时的垂直分速，以Vy上表示。快升速度：上升率最大对应的上升速度。VerticalSpeedIndicator升降速度表第九章第页55上上上sinVVyWP上而sinWNWPVVVy上上上上sin结论：上升率最大剩余功率最大以Vmd上升对于活塞螺旋桨飞机，快升速度VY为Vmd。②上升率与快升速度Vy第九章第页56重量：重量增加，需用功率曲线上移，△Nmax减小，最大上升率减小。NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°N可用△NMAXVMPVminVmaxN=（W/K）V重量增加，需用功率曲线上移，可用功率曲线不动●影响上升率和快升速度的主要因素第九章第页57飞行高度和气温：飞行高度增加或气温增加，空气密度减小。需用功率曲线上移，可用功率曲线下移，△Nmax减小且位置向较小速度端移动，最大上升率减小。Vy(IAS)减小，升限处，Vy(IAS)减小到Vx(IAS)。NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°N可用△NMAXVMPVminVmaxN=（W/K）V空气密度减小，需用功率曲线上移，可用功率曲线下移●影响上升率和快升速度的主要因素第九章第页58●陡升速度和快升速度的比较陡升速度使飞机在相同的水平距离内获得的高度增量最多。快升速度使飞机在相同的时间内的高度增量最多。第九章第页59上升时间与升限H最大上升率理论升限0实用升限100ft/min螺旋桨飞机升限图●上升时间飞机上升到预定高度所需的最短时间。●实用升限飞机最大上升率为100ft/min(FPM)对