飞机结构及飞行原理

学习目标☞了解飞机与航空器的关系☞了解飞机的外部结构和内部结构☞了解飞机的飞行原理和基本控制第三章飞机结构及飞行原理第三章飞机结构及飞行原理3第一节飞机与航空器一、航空器的分类二、飞机的分类第三章飞机结构及飞行原理航空器是飞行器中的一个大类，是指通过机身与空气的相对运动而获得空气动力或者纯靠空气静浮力升空飞行的任何机器。4第一节飞机与航空器一、航空器的分类任何航空器都需要产生升力、克服自身重力才能升空飞行。按照产生升力的基本原理不同，可将航空器分为两大类，即靠空气静浮力升空飞行的航空器（习惯上称为轻于空气的航空器）和靠航空器与空气相对运动产生空气动力升空飞行的航空器（习惯上称为重于空气的航空器）。航空器分类第三章飞机结构及飞行原理5第一节飞机与航空器一、航空器的分类1.轻于空气的航空器轻于空气的航空器包括热气球和飞艇等，它们的主体是一个气囊，其中充以密度小于外界空气密度的气体（如热空气、氢气或氦气）。飞艇热气球第三章飞机结构及飞行原理6第一节飞机与航空器2.重于空气的航空器重于空气的航空器是靠自身与空气相对运动产生的升力而升空飞行的。这种航空器主要有固定翼航空器和旋翼航空器两类。前者包括飞机和滑翔机，后者包括直升机和旋翼机。滑翔机直升机第三章飞机结构及飞行原理7第一节飞机与航空器二、飞机的分类1.按照飞机用途分类按照用途不同，飞机可以分为军用飞机和民用飞机两类。军用飞机依据不同的用途又可分为战斗机、轰炸机、攻击机、舰载飞机、军用运输机、教练机、侦察机、预警机等。第三章飞机结构及飞行原理8第一节飞机与航空器2.按发动机类型分类按照发动机类型不同，飞机可以分为螺旋桨式飞机和喷气式飞机两类。螺旋桨式飞机利用螺旋桨的转动将空气向后推动，借其反作用力推动飞机前进。喷气式飞机利用空气与燃料混合燃烧后产生大量气体推动涡轮运转，然后以高速度将气体排出体外，借其反作用力使飞机前进。喷气式飞机包括涡轮喷气式飞机、涡轮风扇喷气式飞机和涡轮螺旋桨式飞机三种。第三章飞机结构及飞行原理9第一节飞机与航空器3.按发动机数量分类按照发动机数量不同，飞机可以分为单发飞机、双发飞机、三发飞机、四发飞机等。4.按飞行速度分类按照飞行速度不同，飞机可以分为亚音速飞机、跨音速飞机和超音速飞机三类。亚音速飞机的飞行速度为0.8～0.9马赫，跨音速飞机的飞行速度为0.9～1.2马赫，超音速飞机的飞行速度为1.2～5马赫。第三章飞机结构及飞行原理10第一节飞机与航空器5.按航程远近分类按照航程远近不同，飞机可以分为远程飞机、中程飞机和近程飞机三类。远程飞机的航程为4800千米以上，可以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行，中程飞机的航程为2400～4800千米，近程飞机的航程一般在2400千米以下。近程飞机一般用于支线，因此又称支线飞机。中、远程飞机一般用于国内干线和国际航线，因此又称干线飞机。第三章飞机结构及飞行原理11第一节飞机与航空器6.按飞机座位数量分类按照座位数量不同，飞机可以分为100座以下的小型飞机、100～200座的中型飞机和200座以上的大型飞机三类。第三章飞机结构及飞行原理12第二节飞机结构一、飞机的外部结构二、飞机的内部结构第三章飞机结构及飞行原理13第二节飞机结构一、飞机的外部结构飞机种类繁多、结构复杂。一般来说，飞机的外部结构主要分为机身、机翼、尾翼、动力装置和起落架五个部分。飞机的外部结构第三章飞机结构及飞行原理14第二节飞机结构1.机身机身主要用来装载人员、货物、燃油、武器和机载设备，并通过它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。机身主要包括机头、前机身、中部机身和尾部机身。机头装置着驾驶舱，用来控制飞机；前机身、中部机身是客舱或货舱，用来装载旅客、货物、燃油和设备；尾部机身和尾翼相连，同时安装有辅助动力装置。机身的主要结构第三章飞机结构及飞行原理15第二节飞机结构2.机翼机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上，用于产生升力，也起到一定的稳定和操纵作用。机翼的一些部位（主要是前缘和后缘）可以活动，飞行员操纵这些部位控制机翼升力或阻力的分布，以达到增加升力或改变飞机姿态的目的。（1）机翼上的操纵面机翼上的操纵面第三章飞机结构及飞行原理16第二节飞机结构2.机翼1）襟翼。襟翼是为了使飞机在起飞和降落时因速度太慢而又要保持高升力从而在机翼上增加的活动面。机翼上的操纵面飞机降落时襟翼打开第三章飞机结构及飞行原理17第二节飞机结构2.机翼2）副翼。副翼是指安装在机翼后缘外侧的一小块可动的翼面，飞行员利用左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩进行滚转操纵，如飞行员向左压杆时，左机翼上的副翼向上偏转，左机翼升力下降，右机翼上的副翼向下偏转，右机翼升力增加，在两个机翼升力差作用下飞机向左滚转。第三章飞机结构及飞行原理18第二节飞机结构2.机翼3）前缘缝翼。前缘缝翼是指安装在机翼前缘的一段或者几段狭长小翼，是一种提高飞机临界迎角的增升装置（见图3—11）。前缘缝翼的位置及工作原理第三章飞机结构及飞行原理19第二节飞机结构2.机翼4）扰流板。扰流板是铰接在两侧机翼上表面的板，属于增阻装置它只能向上打开。打开的扰流板第三章飞机结构及飞行原理20第二节飞机结构2.机翼（2）机翼的布局根据机翼在机身上安装的位置不同，可将它们分为上单翼、中单翼和下单翼三种布局形式。机翼的三种布局第三章飞机结构及飞行原理21第二节飞机结构3.尾翼尾翼是指安装在飞机后部起稳定和操纵作用的装置。尾翼一般分为水平尾翼和垂直尾翼两种。水平尾翼垂直尾翼第三章飞机结构及飞行原理22第二节飞机结构3.尾翼（1）水平尾翼水平尾翼简称平尾，由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，它在飞机上主要起俯仰平衡和俯仰操纵的作用。（2）垂直尾翼垂直尾翼简称垂尾或立尾，由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成，它在飞机上主要起方向平衡和方向操纵的作用。第三章飞机结构及飞行原理23第二节飞机结构4.动力装置动力装置是指为飞机飞行提供动力的整个系统，是飞机的核心部分，主要包括发动机、辅助动力装置及其他附件，其中最主要的部件是发动机。发动机的主要作用是提供推力或拉力。第三章飞机结构及飞行原理24第二节飞机结构5.起落架起落架是指飞机在地面停放、滑行、起飞、着陆、滑跑时用于支撑飞机重力、承受相应载荷的装置，主要由刹车装置、减震装置、收放装置和前轮转弯机构等组成。飞机的起落架第三章飞机结构及飞行原理25第二节飞机结构5.起落架起落架的主要作用有以下三点：（1）承受飞机在地面停放、滑行、起飞、着陆、滑跑时的重力。（2）承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量。（3）滑跑与滑行时操纵飞机。第三章飞机结构及飞行原理26第二节飞机结构二、飞机的内部结构飞机的内部结构主要包括驾驶舱、客舱、货舱、燃料舱等，它们承载着飞机的飞行驾驶、动力驱动、搭载旅客、维持长时间飞行等功能。下面以空中客车A380飞机为例，简要了解民航飞机的内部结构。第三章飞机结构及飞行原理27第二节飞机结构1.驾驶舱空中客车A380飞机的驾驶舱位于机身最前方，采用双人体制，应用新式的交互式显示屏和由以太网连接的扩展性集成航空电子模块。空中客车A380飞机驾驶舱第三章飞机结构及飞行原理28第二节飞机结构1.驾驶舱驾驶舱有8个液晶显示器包括2个主要飞行显示器、2个导航显示器、1个发动机参数显示器、1个系统显示器和2个多功能显示器，这2个多功能显示器为飞行管理系统提供操作界面。空中客车A380驾驶舱液晶显示器第三章飞机结构及飞行原理29第二节飞机结构2.客舱飞机的客舱可以根据实际需求进行相应改装，以适应航空公司的需求。典型的空中客车A380飞机客舱采用头等舱、商务舱、经济舱的三段式布局，可以容纳约555名旅客，若全部采用经济舱，则容纳的旅客数量能提高到840名。空中客车A380客舱布局平面示意图第三章飞机结构及飞行原理30第二节飞机结构2.客舱客舱内除了公共区的6条照明灯带外，每个座位的上方还配有独立可调节的灯光系统。空中客车A380飞机座位头顶区域灯光系统空中客车A380飞机公共区照明灯带第三章飞机结构及飞行原理31第二节飞机结构2.客舱若发生特殊情况，旅客可根据由应急电源独立供电的灯光系统和地板上的夜光灯带，在机组人员的指引下，从两侧应急出口完成撤离。夜光灯带应急灯光系统第三章飞机结构及飞行原理32第二节飞机结构3.货舱空中客车A380飞机的货舱全部设计在机身底部，由数个独立空间构成。货舱配有独立的空气系统，能提供新鲜的氧气，方便运输活物，且都配有独立的防火系统和灭火系统，以发生防止意外火情。第三章飞机结构及飞行原理33第二节飞机结构4.燃料舱空中客车A380飞机的燃料舱（即油箱）设置与其他空中客车飞机类似，主油箱设置在机翼内，机身上设置有副油箱，其最大载油量约为250吨，续航约12000千米。空中客车A380飞机油箱位置图第三章飞机结构及飞行原理34第二节飞机结构5.其他除上述主要结构外，空中客车A380飞机上还设有独立的饮用水舱和污水舱，以及存放各类电子计算机的电子舱等。第三章飞机结构及飞行原理35第三节飞机飞行原理一、飞机升力的产生二、飞机的飞行控制第三章飞机结构及飞行原理36第三节飞机飞行原理一、飞机升力的产生飞机的升力主要由机翼和空气的相对运动而产生。流过上表面和下表面的气流在机翼前缘分离后，将在相同的时间到达机翼后缘并会合。由于机翼的上表面弯曲弧度较大，下表面较为平坦，再加上一定的迎角，因此在机翼与空气相对运动时，流过上表面的空气在同时间内走过的路程比流过下表面的空气走过的路程远，所以上表面空气的相对速度比下表面空气的相对速度快，这样，在机翼的上、下表面产生了压力差，该压力差在垂直于相对气流方向的分量就产生了向上的升力。第三章飞机结构及飞行原理37第三节飞机飞行原理飞机升力的产生第三章飞机结构及飞行原理38第三节飞机飞行原理二、飞机的飞行控制1.飞机的重心飞机各部分重力的合力作用点称为飞机重心，重力作用力点所在的位置称为重心位置。飞机的重心具有以下特性：（1）飞机飞行中，重心位置不随飞机姿态改变而改变。（2）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的移动和飞机各部分绕着飞机重心的转动。第三章飞机结构及飞行原理39第三节飞机飞行原理飞机的机体轴2.飞机的机体轴通过飞机重心的3条互相垂直的、以机体为基准的坐标轴，称为飞机的机体轴，分别为纵轴、横轴和立轴。第三章飞机结构及飞行原理40第三节飞机飞行原理飞机作用力平衡示意图3.飞机的平衡飞机处于平衡状态时，飞行速度和方向都保持不变，也不绕重心转动。飞机的平衡包括作用力平衡和力矩平衡两种。（1）作用力平衡作用力平衡包括升力和重力平衡、阻力和推力平衡第三章飞机结构及飞行原理41第三节飞机飞行原理4.飞行控制（1）起飞飞行员在得到塔台的起飞许可后，前推油门杆，使飞机在地面上加速滑跑。当飞机的滑跑速度达到抬前轮速度时，飞行员向后拉驾驶杆，使飞机绕横轴转动，前轮随机头抬起脱离地面，飞机将保持以两个主轮接地的姿态继续向前滑跑，随即离地、爬升。飞机起飞过程示意图第三章飞机结构及飞行原理42第三节飞机飞行原理4.飞行控制（2）巡航巡航阶段是指飞机完成起飞阶段进入预定航线后的飞行阶段。（3）着陆着陆是飞机高度不断降低、速度不断减慢的过程。飞机着陆姿态第三章飞机结构及飞行原理