民航概论 第2章 第2节 飞行基本原理

第二节飞行基本原理第二章民用航空器飞机升力的产生飞机的飞行控制第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产生作用力，这个力就是空气动力。1、伯努力定理DanielBernoulli,1700-1782.连续性截面小，流速大，静压小截面大，流速小，静压大1122VAVA第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生1、伯努力定理212tpVpCp:静压:动压pt:总压212vAVPAVP第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生1、伯努力定理h'ptp1h2hhV212tpVpC2()tPPv第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—伯努力定理在大气中的使用第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生山谷里的风通常比平原大高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大2、伯努力定理的应用—伯努力定理在大气中的使用河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—伯努力定理在大气中的使用人压强大安全线地铁V压强小VPVP第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力相对运动---实际上是物体在空气中运动，但为了研究方便，我们假设物体不动，空气以相同的速度从相反方向流过来。这两种运动中物体所受空气给它的作用力是一样的。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力流线---是流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。烟风洞翼型绕流实验第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力翼弦---翼型的最前一点叫作前缘点，翼型的最后一点叫作后缘点，前缘点和后缘点的连线叫翼弦。RelativeWind第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力翼型---就是把机翼沿平行机身纵轴方向切下的剖面,机翼的翼型是流线型的,上表面弯曲大,下表面弯曲小或者是平面。迎角(攻角)---是翼弦和相对气流方向的夹角.翼弦向上形成正迎角,向下为负迎角。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？起点终点第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生失速---中小迎角时，随着迎角的增加，升力系数也增加，当迎角增大到某一个值，升力系数达到最大，之后迎角再增加，升力系数减小，这时就是失速了。2、伯努力定理的应用—机翼上的升力StallStallingangle0ljMAXLCLC0()LLCC第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—机翼上的升力o15o20o0o5第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生飞行方向2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力压强高于环境气压压强低于环境气压压强低于环境气压气动中心前半部分合力后半部分合力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力作用在飞机上的空气动力，垂直于速度方向的分量是升力，平行于速度方向的分量就是阻力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力LIFTTHRUSTWEIGHTDRAG第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力0()LLCC20LDDCACC212DDVSC212LLVSC第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力飞机阻力按物理成因可分为：摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力激波阻力其中激波阻力只有高速飞行才会遇到第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力摩擦阻力---由于空气具有粘性，当它流过飞机表面时，在飞机表面形成较大的速度梯度，从而产生的阻力。Boundarylayer99%v第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力压差阻力---空气绕流飞机时前后形成的压力差的阻力，它也是由于粘性造成的。如果没有粘性，压力分布不会造成这种阻力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力干扰阻力---由飞机不同部分结合引起的气流干扰而产生的。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生减小它的方法是：在结合部位加整流罩或做成融合式的。2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力RelativeWindLDidownwashInduceddrag诱导阻力---由于产生升力，翼面上方压力小而下方压力大，空气在翼尖从下翼面绕过翼尖流向上翼面形成涡流，从而产生诱导阻力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力翼尖小翼（winglet）加装翼尖小翼可以减小诱导阻力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：•摩擦阻力(SkinFrictionDrag)•压差阻力(FormDrag)•干扰阻力(InterferenceDrag)•诱导阻力(InducedDrag)废阻力(ParasiteDrag)粘性升力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题音速是微弱扰动传播的速度，音速表征了空气的传播和压缩特性。V=0a3a4a2aa3a4a2aVaV2V3V4Va3a4a2aV=aMachcoreaKRT第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题VMa马赫数---飞行速度与音速的比值称为马赫数.用M表示.M小于0.4的飞机一般称为低速飞机M在0.4~0.9的飞机称为亚音速飞机，其中0.75~0.9之间,称为高亚音速飞机M在0.9~1.2的范围时称为跨音速区域,没有飞机专门在这个区域飞行M在1.3以上飞行的飞机称为超音速飞机第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题激波---当物体的运动速度等于或大于音速时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气气层，这里空气密度急剧增加，阻力迅速增大，这种现象叫做激波。急剧增大的阻力称为激波阻力，也叫音障。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题临界马赫数---飞机产生局部激波时的飞行马赫数，即飞机表面速度最大点的M=1时的飞行马赫数。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题怎么样能让飞机飞得尽可能快但又可以避开激波阻力？第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题采用后掠翼可以提高下临界马赫数！第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题翼尖先失速？？第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生后掠翼飞机改善翼尖先失速的措施2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题翼刀第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生阻力相关资料典型飞机阻力构成阻力名称亚音速运输机超音速战斗机单旋翼直升机摩擦阻力45%23%25%诱导阻力40%29%25%干扰阻力7%6%40%激波阻力3%35%5%其他阻力5%7%5%第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题1969年美国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的理查德.惠特科姆运用理论方法设计出超临界翼型，特点是前缘钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反凹，且后缘较薄并向下弯曲。与普通翼型相比可提高临界马赫数0.06-0.1。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题波音757采用了超临界翼型第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生第二节飞行基本原理第二章民用航空器飞机升力的产生飞机的飞行控制1、飞机的平衡机体坐标轴—纵轴、横轴、立轴第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制1、飞机的平衡——俯仰平衡绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰获得俯仰平衡的条件0ZM第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制1、飞机的平衡——方向平衡0yM获得方向平衡的条件绕立轴（OY轴）的转动称为偏航第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制1、飞机的平衡——横侧平衡绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转0xM获得横侧平衡的条件第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制1、飞机的平衡TD000XTDYCLGTZ第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制GG上升下降受力分析1、飞机的平衡第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制2、飞机的稳定性稳定性---飞机在受到外界扰动偏离其平衡位置之后，不需要驾驶员干预，能够自动恢复到原来的平衡状态，飞机就是具有稳定性的。(c)negative(b)neutral(a)positive第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制2、飞机的稳定性—纵向稳定性（绕横轴的稳定性）飞机具有稳定性飞机不具有稳定性飞机具有中立稳定性第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制2、飞机的稳定性—纵向稳定性（绕横轴的稳定性）气动中心在焦点之后水平尾翼第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制瞬间受扰机头上抬扰动运动消失迎角恢复原值平尾附加升力俯仰稳定力矩第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制2、飞机的稳定性—方向稳定性（绕立轴的稳定性）方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的垂直尾翼第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制影响飞机方向稳定性的因素垂直尾翼的位置（越靠后越强）垂直尾翼的面积（越大越强）相对气流相对气流扰动扰动稳定力矩稳定力矩较小侧力（面积小）较大侧力（面积大）2、飞机的稳定性—横向稳定性（绕纵轴的稳定性）上反角后掠角垂直尾翼第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制2、飞机的稳定性—横向稳定性（绕纵轴的稳定性）侧滑方向侧力力臂垂尾侧力第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制3、飞机的操纵性第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制3、飞机的操纵性—俯仰操纵性第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制3、飞机的操纵性—俯仰操纵性拉杆升降舵上偏附加向下升力第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制3、飞机的操纵性—方向操纵性第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制3、飞机的操纵性—横侧操纵性第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制飞行员通过侧杆操纵俯仰和横滚。脚蹬控制方向舵