航空航天概论复习重点知识点整理

第一章绪论1.叙述航空航天的空间范围航空航天是人类利用载人或不载人的飞行器在地球大气层中和大气层外的外层空间(太空)的航行行为的总称。其中,大气层中的活动称为航空,大气层外的活动称为航天。大气层的外缘距离地面的高度目前尚未完全确定,一般认为距地面90~100km是航空和航天范围的分界区域。2.简述现代战斗机的分代和技术特点超音速战斗机分代技术特点代表机型一(50年代初)低超音速(1.3~1.5)飞行;最大升限达17000m米格-29;F-100二(60年代)速度普遍超过2;最大高度2万米并出现双三飞机追求高空高速米格-21、米格-23;F-104、F-105、F-4;幻影-3、幻影F-1(法);英国P-1闪电;瑞典SAAB-37雷、SAAB-35龙;J-7、J-8三(70年代中期、80年代早期)保留高空高速,强调机动性能、低速性能;普遍装配涡扇发动机;大量采用新技术米格-29、苏-27;F-14、F-15、F-16、F-18;狂风，幻影2000四(现在)超音速巡航、过失速机动能力、隐身能力、良好的维护性、短距起落能力F-22(超视距作战、近距离格斗、隐身、相控阵雷达、中距空空导弹)、F-35;M1.44、S-373.简述直升机的发展史、特点及其旋翼的工作原理发展史特点:a.可垂直起降、对起降场地木有太多特殊要求,b.可在空中悬停,c.能沿任意方向飞行但速度比较低、航程相对较短;工作原理:直升机以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源,动能守恒要求,旋翼升力的获得靠向下加速空气,因此对直升机而言由旋翼带动空气向下运动,每一片旋翼叶片都产生升力,这些升力的合力就是直升机的升力。4.试述航空飞行器的主要类别及其基本飞行原理A.轻于空气(浮空器):气球;飞艇。原理:靠空气静浮力升空。气球没有动力装置,升空后只能随风飘动或被系留在某一固定位置;飞艇装有发动机、螺旋桨、安定面和操纵面,可控制飞行方向和路线。B.重于空气:固定翼航空器(飞机+滑翔机);旋翼航空器(直升机+旋翼机);扑翼航空器(扑翼机)。原理:靠空气动力克服自身重力升空。飞机由固定的机翼产生升力,装有提供拉力或推力的动力装置、固定机翼、控制飞行姿态的操纵面,滑翔机最大区别在于升空后不用动力而是靠自身重力在飞行方向的分力向前滑翔(装有的小型发动机是为了在滑翔前获得初始高度);旋翼机由旋转的机翼产生升力,其旋翼木有动力驱动,由动力装置提供的拉力作用下前进时,迎面气流吹动旋翼像风车似地旋转来产生升力;直升机的旋翼是由发动机驱动的,垂直和水平运动所需要的拉力都由旋翼产生;扑翼机(振翼机)像鸟类翅膀那样扑动的翼面产生升力和拉力。5.简述火箭、导弹与航天器的发展史6.航天器的主要类别A.无人航天器:a.人造卫星(科学卫星、应用卫星、技术试验卫星),b.空间平台,c.空间探测器(月球探测器、行星探测器);B.载人航天器:a.载人飞船(卫星式、登月式),b.空间站,c.轨道间飞行器(轨道机动器、轨道转移器),d.航天飞机。7.什么是空天飞机,其主要的关键技术是什么?空天飞机即航空航天飞机，指以吸气式发动机和火箭发动机组合推进系统作为动力装置、能够像飞机在跑道上起降、在大气层内高超音速飞行,又能单级入轨运行的可载人飞行器。主要的技术在于:a.动力装置,既不同于飞机又不同于火箭,是一种混合配置的动力装置,安装有涡轮喷气发动机、冲压发动机、火箭发动机;b.计算空气动力学分析,由于其速度变化幅度大、飞行高度变化广、飞行环境不同;c.发动机和机身一体化设计,在大气层中高速飞行时阻力剧增,外形需要高度流线化;d.防热结构和材料,空天飞机需多次进出大气层,有很强的气动加热,所以防热系统既要保持良好的气动外形,又要能长期重复使用且便于维护。8.什么是临近空间飞行器,其主要用途有哪些?临近空间一般指距离海平面20~100km的区域,在该空间中能够完成一定任务的飞行平台称为临近空间飞行器,不属于传统的航天、航空范畴。主要技术有:长时定点悬停、能源与特种推进系统、特种轻质气密材料与结构。主要用途:可以有效地弥补临近空间区域的空白a.可以在某一固定空间长期停留执行探测任务,温度精度很高;b.在信息获取和传输方面高度比高空无人机和预警机高的多,覆盖范围更大、并可长时间留空;c.由于其隐身性能好、工作高度在目前常规面对空武器攻击范围外、攻击成本高,其作战生存力比高空无人机和预警机高。总之它可以与侦察卫星、预警机、无人侦察机、地面雷达等组成一个立体侦察体系,实现多重覆盖无缝探测,且可互为补充,有助于对目标的识别,可为作战指挥提供更准确、完整的情报保障,未来的大载重临近空间平台还可以搭载攻击武器。临近空间飞行器除了具有军事用途外还有广阔的民用前景:资源利用与环保方面、农林业方面、应急与减灾方面、区域规划方面、公共安全方面等。9.制约微型飞行器发现的主要关键技术是什么?微型飞行器的基本技术指标是:各个方向最大尺寸不超过15cm,续航时间20~60min,航达10km以上,飞行速度22~45km/h,可以携带有效载荷,完成一定任务;主要分为:固定翼、旋翼、扑翼等。关键技术:a.低雷诺数下的空气动力学问题空气的黏性阻力相对较大;b.微型动力装置和动力源问题;c.飞行控制及导航技术(一个解决途径是发展基于MEMS微机电的新型控制方式);d.基于MEMS技术的系统集成技术体积小,其机体容量和载荷均受到很大限制,其内部各部件需要有效组合;e.多学科设计优化(MDO)技术微型飞行器涉及空气动力学、能源、材料、电子、机械、信息等多种学科。10.要使飞机能够成功飞行必须解决什么问题?a.作为动力源的发动机问题,b.飞行器在空中飞行时的稳定和操纵问题。11.大气分几层?各层有何特点?什么是国际标准大气?大气的状态参数有哪些?什么是大气的黏性?分层对流层:包含大气层质量3/4的大气,气体密度、大气压力都是最大,气温随高度增加而降低,空气上下对流剧烈、风向风速经常变化,有云雨雾雪等天气现象;B.平流层:集中了不到大气质量1/4的空气,气温随高度增加起初不变(约216K)到后来(20~32km以上)升高加快、顶部达270~290K,大气只有水平流动而无上下对流;C.中间层:占总质量1/3000左右,气温随高度增加而降低,含有大量臭氧;D.热层(电离层):空气密度很小;E.散逸层(外层):空气极稀薄。国际标准大气是由国际性组织颁布的一种模式大气。有规定:将大气看作完全气体、服从气体状态方程,以海平面的高度为零高度、海平面大气的标准状态为:T=15°CP=一个标准大气压(10300kg/m²)密度ρ=1.225kg/m³音速a=341m/s。大气状态参数:压强P、温度T、密度ρ;状态方程:P=ρRTT=t+273K(R=287.05J/kg·K)。大气黏性:空气在流动的过程中表现出的一种性质,是有气体分子做不规则运动的结果,是空气自身相互黏滞或牵扯的特性,是空气的物理性质的一种(另外一个是压缩性-指在压力作用下或者温度改变的情况下空气改变自己的密度和体积的一种特性),用动力黏度(黏性系数)μ来表示。12.什么是声速和马赫数?何谓飞行的相对运动原理?声速即声音在物体中传播的速度,马赫数是衡量空气被压缩的程度Ma=V/a(a为该处的声速)。飞行的相对运动原理:飞机以一定的速度在静止的大气中飞行或者气流以相同的速度流过静止的飞机,这两种情况在飞机上产生的空气动力完全相等。第二章航空航天飞行器基本飞行原理1.什么是流体的连续性定理和伯努利方程?它们所代表的物理意义是什么?当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时,由于管道中任何一部分的流体都不能中断或被挤压起来,因此在同一时间内,流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是想等的。连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中不仅流速和管道切面相互联系,而且流速和压力之间也相互联系:Q1=Q2。在管道中稳定流动的不可压缩理想气体在与外界没有能量交换的情况下,管道各处的流体的动压与静压之和始终保持不变:P+½ρv²=常数(伯努利方程)。2.举例说明连续性定理和伯努利原理在自然界中的表现或在日常生活中的应用连续性:两座房子之间有穿堂风、山谷中的风经常必平原大;伯努利原理:在两张纸中间吹气纸张会靠近、两条距离较近的船在水中并行时也会靠拢、当台风吹过房屋时会把屋顶掀掉。3.高速流动的气体和低速流动的气体流动各自的特点低速:管道切面大的地方流体速度小静压大;高速:相反4.说明升力和阻力产生的原因升力产生的关键在于机翼翼型的形状和迎角.一般的翼型都是前端圆钝后端尖锐平行均匀的气流接近翼型前缘时气流开始转折,一部分空气向上绕过前缘流经上表面,另一部分由机翼下表面流过,这两部分空气最后在机翼后缘的后方汇合并恢复到平行均匀流动的状态.在气流被机翼分割为上下两部分时,由于有有弯度机翼上表面凸起较多而下表面凸起较少,加之机翼有一定的迎角,使流过翼型上表面的管道面积比下表面的小而上表面的流速比下表面大,使得上表面的静压比下表面小而产生一个压力差,这个压力差在垂直于流体方向上的分量就是升力.L=Cy(½ρv²)SL即升力Cy即升力系数ρ即飞行处的空气密度v相对空气的飞行速度S为机翼的投影面积增升装置(减小起飞速度,缩短滑跑距离)①襟翼增大机翼的弯曲程度和面积简单襟翼、分裂襟翼、开缝襟翼、后退襟翼、前缘襟翼等②前缘缝翼增大弯曲度和面积,改善气流,提高升力系数5.飞机在飞行过程中会产生哪些阻力?试说明低速飞机各种阻力的影响因素及减阻措施种类(产生原因)-影响因素+减阻措施:摩擦阻力(流速受到阻滞的空气流动层就叫做附面层)-空气黏性、飞机的表面状况、与空气接触表面积大小+尽量延长层流面、选择最大厚度靠后的层流翼型使转捩点后移动;压差阻力(机翼上下表面产生的压力差在速度方向上的分力,是由翼型前后压力不等引起的)-迎角+减小迎风面积、飞机部件加以整流成流线型;诱导阻力(升致阻力)+低速飞机可用椭圆形机翼、尽可能增大机翼展长;干扰阻力()-+减小连接处的增压、使连接处平滑;激波阻力(超音速使压缩空气)+采取后掠翼或者薄翼型.6.说明焦点和压力中心的物理意义及其区别压力中心:总空气动力与翼弦的交点,就好像整个空气动力都集中在这一点而作用在翼型上;焦点:空气动力学中称力矩系数几乎不随升力系数而变化的点为焦点,实质是迎角增加时升力增量的作用点。压力中心并非焦点,它是随着升力系数的增大而前移并逐渐接近焦点。7.简述激波和膨胀波产生的物理原因8.什么是临界马赫数?如何提高它?9.飞机的飞行性能包括哪些方面,各与哪些主要参数有关?怎样设计才能提高飞机的各项性能?10.简述飞机的最大最小平飞速度、巡航速度、航程、理论和实际升限的定义最大平飞速度最小平飞速度航程巡航速度理论静升限实用静升限11.飞机作定常盘旋应满足哪些条件,如何操作来实现定常盘旋?12.什么是飞机的稳定性,可分为哪些方面,各由何种部件或因素保证?指飞机处于平衡状态时受到微小的扰动而偏离了原来的平衡状态,在扰动消失后能够自动回复到原来的平衡状态的特性;包括:纵向稳定()、侧向稳定()、方向稳定()。13.一架飞机以Ma=0.5作定直平飞,现欲水平加速至0.6,飞行员应如何操纵,为什么?14.直升机旋翼的功用是啥?怎样操纵上、下、左、右、前、后飞?单旋翼直升机为啥要有尾桨?第三章飞机的主要组成部分及其功能1.叙述飞机主要组成部分机体起落装置动力装置飞行控制系统机载设备以及其它系统机体结构:机翼尾翼机身操纵面起落架2.叙述飞机机翼的主要功能,机翼的纵向和横向骨架类别及其作用3.叙述飞机机身尾翼的主要功能高速飞机特点:薄翼型后掠翼机头尖锐翼型有双弧形和菱形低速飞机特点:机头较钝机翼平直4.叙述起落架的典型形式及其各自的优缺点后三点:优点安装空间容易保证,尾轮受力较小,结构简单重量轻,地面滑跑时迎角较大,降落时阻力较大缺点对着陆技术要求高,容易发生跳跃现象,大速度滑跑时不允许强烈制动,地面滑跑时的方向稳定性差,飞行员视野不佳;前三点:优点着陆简单且安全