飞机飞行原理

第一章、飞机和大气的一般介绍第一节飞机的一般介绍（一）机翼机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，也起一定的稳定和操纵作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼。操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼能使机翼升力增大。（二）机身机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，还可将飞机的其他部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。（三）尾翼尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵租成。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的主要功用是用来操纵飞机俯仰和偏转，并保证飞机能平稳地飞行。（四）起落装置起落装置是用来支持飞机并使它能在地面和水平面起落和停放。陆上飞机的起落装置，大都又减震支柱和机轮等租成。它是用于起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。（五）动力装置动力装置主要用来产生拉力或推力，使飞机前。其次还可以为飞机上的用电设备提供电源，为空调设备等用气设备提供气源。第二节大气的一般介绍空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主要参数。飞行中，飞机的空气动力和大小和飞行性能的好坏都与这些参数有关。粘性和压缩性是空气的两种物理性质。在飞行中，飞机之所以会受到空气阻力原因之一就是空气有粘性。而飞机以接近音速或者超过音速飞行时会出现阻力突增等现象则与空气的压缩性有关。第二章、飞机的升力和阻力第一节、气流特性气流特性是指空气在流动中各点流速、压力、密度等参数的变化规律，气流特性是空气动力学的重要研究课题，对飞机的飞行原理非常重要。空气动力：空气流过物体或物体在空气中运动时，空气对物体的作用力称为空气动力。如有风的时候，我们站着不动，会感到有空气的力量作用在身上；没有风的时候，我们跑步时也感到有空气的力量作用在身上。这是空气动力的表现形式。再如：飞机在飞行中受到的升力和阻力也是空气动力的表现形式。气流：流动的空气称为气流，如风。稳定气流和不稳定气流：所谓稳定气流，就是空气流动时，空间各点上的参数不随时间而变化。如果空气流动时，空间各点上的参数随时间而改变，这样的气流就是不稳定气流。以下几个概念及定理都是只适用于稳定气流。流线：在稳定气流中，空气微团流动的路线，叫做流线。流线谱：流体流过物体时整个流线组成的图形称为流线谱。根据流线谱可从理论上对空气动力作定性的分析。第二节升力和阻力的产生升力升力的产生从空气流过机翼的流线谱可以看出：相对气流流过机翼时，分成上下两股，分别沿机翼上表面流过，而在机翼的后缘重新汇合向后流去。因机翼表面突起的影响，上表面流线密集，流管细，其气流流速快、压力小；而下表面流线较稀疏，流管粗，其气流流速慢，压力较大。因此，产生了上下压力差。这个压力差就是空气动力(R)，它垂直流速方向的分力就是升力(Y)。升力维持飞机在空中飞行。机翼升力的着力点，即升力作用线与翼弦的交点叫压力中心。机翼表面的压力分布机翼表面上各点的压力大小，用箭头长短表示，凡是箭头方向朝外，表示比大气压力低的吸力（负压力）；凡是箭头方向指向机翼表面的，表示比大气压力高的正压。从图可以看出，由于机翼上表面的压力所形成的升力在总升力中占60-80%，而下表面的压力所形成的升力，只占总升力的20-40%。所以不能认为：飞机被支托在空中，主要是空气从机翼下面冲击机翼的结果。阻力的产生空气动力沿气流方向的分力阻碍飞机在空气中前进的力称为阻力，机翼的阻力包括压差阻力、摩擦阻力和诱导阻力。1．压差阻力相对气流流过机翼时，机翼前缘的气流受阻，流速减慢，压力增大；而机翼后缘气流分离，形成涡流区，压力减小。这样，机翼前后产生压力差形成阻力。这个阻力称为压差阻力。这点可以作如下理解：高速行驶的汽车后面时常扬起尘土，就是由于车后涡流区的空气压力小，吸起灰尘的缘故。2．摩擦阻力在飞行中，空气贴着飞机表面流过，由于空气具有粘性，与飞机表面发生摩擦，产生了阻止飞机前进的摩擦阻力。3．诱导阻力伴随升力的产生而产生的阻力称为诱导阻力。诱导阻力主要来自机翼。当机翼产生升力时，下表面的压力比上表面的压力大，下表面的空气会绕过翼尖向上表面流去，使翼尖气流发生扭转而形成翼尖涡流。翼尖气流扭转，产生下洗速度，气流方向向下倾斜，形成洗流升力亦随之向后倾斜。日常生活中，我们有时可以看到，飞行中的飞机翼尖处拖着两条白雾状的涡流索。这是因为旋转着的翼尖涡流内压力很低，空气中的水蒸汽因膨胀冷却，凝结成水珠，显示出了翼尖涡流的轨迹。4.干扰阻力飞机飞行中各部分气流互相干扰所引起的阻力称之为干扰阻力第三节影响升力和阻力的因素1．机翼迎角的影响(1)在一定范围内，机翼迎角增加，升力则增大。因为机翼迎角增加后，机翼上表面气流的流线更加密集，流速更块，压力更小(吸力更大)，压差更大。(2)机翼迎角增加，阻力随之增大。因为随着机翼迎角的增加，机翼后部的涡流区也不断扩大，压力减小；而机翼前部气流压力增大，前后压力差(阻力)增大。机翼升力增加诱导阻力页随之增加。2．速度的影响相对气流的速度越大，升力和阻力就越大。实验证明：升力和阻力与速度的平方成正比。(1)根据柏努利定理，机翼上表面的相对气流流速越快，静压越小，上下压力差则越大，升力就越大。(2)气流流速越快，机翼前部的气流动压越大，受档后转换成的静压也就越大，前后压力差也越大。压差阻力越大．另外由于相对速度大摩擦阻力也随之增大。。3．空气密度的影响空气密度越大，升力和阻力越大。升力、阻力的大小与空气密度成正比。根据动压公式(g=1/2ρv,2)，空气密度增大后，气流流过机翼时的动压变化大。所以机翼上下的压力差和机翼前后的压力差变化也大4．机真的影响(1)面积：升力和阻力与面积成正比。(2)平面形状：机翼产生升力后出现涡流，使上翼面压强增加，下翼面压强减小，机翼升力受到损失，并产生诱导阻力。当机翼平面形状接近椭圆形时，升力损失最小，诱导阻力也较小，平面形状为矩形的机翼升力损失较大，诱导阻力也较大。而梯形机翼居两者之间，因此椭圆形机翼空气动力性能最好。(3)展弦比：展弦比越大涡流影响所占的比例越小，升力损失和诱导阻力也越小。5．翼型的影响相对厚度：翼型的最大厚度(c)占翼弦(b)的百分比，称作相对厚度(C-)，表示翼型的厚薄程度。公式：s-=c/b×100%中弧线弯度：翼型中线与冀弦之间的最大距离(f)占翼弦(b)的百分比，叫做中弧线相对弯度(f-)，表示翼型的弯曲程度。公式：f-=f/b×100%在一定范围内，翼型的相对厚度、中弧线弯度越大，机翼上表面的流线越密，流速越快，压力越小，因而上下压力差越大，升力也越大，阻力也随之增大。6．表面质量的影响飞机表面越光滑，摩擦阻力越小；表面越粗糙，摩擦阻力则越大。飞机各部外形的流线型越好，则阻力越小。第四节飞机的增升装置原理飞机的增升装置主要有前缘缝翼、前缘襟翼、后缘襟翼，增升原理主要是三条：增大机翼弯度、增加机翼面积、增加机翼上表面附面层能量，延缓上表面气流分离。缝翼和襟翼开缝的主要作用就是延缓机翼表面的气流分离，襟翼的作用主要是增加机翼弯度和面积。第三章飞机的平衡、安定性和操纵性第一节、飞机的重心和坐标轴1、飞机重心飞机各部分重力的合力着用点，称为飞机的重心。重力作用力点所在的位置，叫重心位置。重心具有以下特性：⑴飞行中，重心位置不随姿态改变。⑵飞机在空中的一切运动，无论怎样错综复杂，总可以分解为：飞机各部分随飞机重心一道的移动和飞机各部分转绕着飞机重心的转动。2．飞机的机体轴通过飞机重心的三条互相垂直的、以机体为基准的坐标轴，叫机体轴。它可分为：(1)纵轴：沿机身轴线，通过飞机重心的轴线，叫飞机的纵轴。飞机绕纵轴的转动，叫飞机的横向滚转。(2)横轴：沿机翼屁向通过飞机重心并垂直纵轴的轴线，叫飞机的横轴。飞机绕横轴的转动，叫俯仰转动。(3)立轴：通过飞机重心并垂直于纵轴和横轴的轴线，叫飞机的立铀。飞机绕立轴的转动，叫方向偏转。第二节、飞机的平衡飞机处于平衡状态时，飞行速度的大小和方向都保持不变，也不绕重心转动。飞机平衡包括以下两种平衡：1、作用力平衡包括升力和重力平衡、拉力和阻力平衡。若飞机的升力、重力不平衡，则飞机的高度会发生变化；若飞机的拉力、阻力不平衡，则飞机的飞行速度会发生变化。2、力矩平衡是指作用于飞机的各力矩之和为零。它包括以下三个平衡：⑴俯仰平衡：指作用于飞机各俯仰力矩之和为零。飞机获得俯仰平衡后，迎角不改变，不绕横轴转动。飞机飞行时，水平尾翼也产生一定的升力并且这个升力的大小和方向可利用升降舵的偏转来改变。只要使尾翼上产生的升力对飞机重心的力矩和机翼升力、发动机推力等对飞机重心的力矩大小相等、方向相反，就可以保持飞机的俯仰平衡。⑵方向平衡：指作用于飞机的左偏转力矩和右偏转力矩彼此相等，飞机不绕立轴转动。飞机的偏转力矩主要有：机翼的阻力力矩、发动机产生的拉力力矩、垂直尾翼和方向舵产生的力矩。⑶横侧平衡：指作用于飞机的左滚力矩和右滚力矩彼此相等，飞机不绕纵轴滚转。飞机的滚转力矩主要有：左、右机翼的升力对重心形成的力矩第三节、飞机的安定性飞机的安定性就是在飞行中，当飞机受微小扰动（如气流波动）而偏离原来状态，并在扰动消失以后，不经飞行员操纵，飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。1、飞机的俯仰安定性（迎角安定性）:指飞机受微小扰动迎角发生变化，自动恢复原来迎角的特性。飞机是通过水平尾翼产生的附加升力，对机场重心形成机头下俯或上仰的安定力矩来获得迎角安定性的。此外，飞机的重心位置对迎角安定性有较大影响，所以，飞机的配载是很重要的。2、飞机的方向安定性：指飞机受到扰动使方向平衡遭到破坏，扰动消失后，飞机又趋向于恢复原来的方向平衡状态。飞机的方向安定力矩是在侧滑中产生的。飞机的侧滑是指飞机的运动方向同收音机的对称面不平衡，相对气流是侧前方（左、右侧）流向飞机的飞行状态。飞机主要依靠垂直尾翼的作用、产生一个对飞机重心的安定力矩使机头左、右偏转来消除飞机侧滑的。3、飞机的横侧安定性：是指在飞行中，飞机受到扰动以致横侧平衡状态遭到破坏，而在扰动消失后，收音机又趋向于恢复原来的横侧平衡状态。飞机的横侧安定性主要靠机翼上的反角、后掠角和垂直尾翼的作用产生的。飞机的方向安定性和横侧安定性之间有着密切的关系，不能一个安定性很大，一个却很小。例如，横侧安定性过强会使飞机产生飘摆。第四节、飞机的操纵性飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵驾驶杆、脚蹬的情况下，改变飞机飞行姿态的特性。飞机在空中的操纵是通过三个操纵面：升降舵、方向舵和副翼来进行的。转动这三个操纵面，在气流的作用下就会对飞机产生操纵力矩，使之绕横轴、立轴和纵轴转动，以改变飞行姿态。飞机的飞行性能是评价飞机优劣的主要指标。主要包括下列几项：1.最大平飞速度飞机的最大平飞速度是在发动机最大功率或最大推力时飞机所获得的平飞速度。其单位是“公里/小时”。影响飞机最大平飞速度的主要因素是发动机的推力和飞机的阻力。由于发动机推力、飞机阻力与高度有关，所以在说明最大平飞速度时，要明确是在什么高度上达到的。通常飞机不用最大平飞速度长时间飞行，因为耗油太多，而且发动机容易损坏。2.巡航速度巡航速度是指发动机每公里消耗燃油最少情况下的飞行速度，其单位是“公里/小时”。这时飞机的飞行最经济,航程也最远,发动机也不大“吃力”。3.爬升率飞机的爬升率是指单位时间内飞机所上升的高度,其单位是“米/秒”。爬升率大，说明飞机爬升快，上升到预定高度所需的时间短。爬升率与飞行高度有关。随着飞行高度增加，空气密度减少，发动机推力降低，所以一般最大爬升率在海平面时，随着高度增加而减小4.升限飞机上升所能达到的最大高度,叫做升限。5.航程及续航时间航程是指飞机一次加油所能飞越的最大距离.用巡航速度飞行可取得最大航程。增加主要航程的主要办法有：多带燃料、减小发动机的燃料消耗和增大升值比。续航时间是指飞机一次加油，在空中