飛機飛行原理-課件PPT

1、2021/8/261第一章、飛機和大氣的一般介紹 2021/8/262第一節(jié) 飛機的一般介紹 2021/8/263l（一）機翼l 機翼的主要功用是產(chǎn)生升力，以支持飛機在空中飛行，也起一定的穩(wěn)定和操縱作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼。操縱副翼可使飛機滾轉(zhuǎn)，放下襟翼能使機翼升力增大。2021/8/264l（二）機身l 機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設(shè)備，還可將飛機的其他部件如尾翼、機翼及發(fā)動機等連接成一個整體。2021/8/265l（三）尾翼l 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動的升降舵租成。垂直尾翼則包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的主要功用

2、是用來操縱飛機俯仰和偏轉(zhuǎn)，并保證飛機能平穩(wěn)地飛行。2021/8/266l（四）起落裝置l 起落裝置是用來支持飛機并使它能在地面和水平面起落和停放。l 陸上飛機的起落裝置，大都又減震支柱和機輪等租成。它是用于起飛、著陸滑跑，地面滑行和停放時支撐飛機。2021/8/267l（五）動力裝置l 動力裝置主要用來產(chǎn)生拉力或推力，使飛機前。其次還可以為飛機上的用電設(shè)備提供電源，為空調(diào)設(shè)備等用氣設(shè)備提供氣源。2021/8/268第二節(jié) 大氣的一般介紹l空氣的密度、溫度和壓力是確定空氣狀態(tài)的三個主要參數(shù)。飛行中，飛機的空氣動力和大小和飛行性能的好壞都與這些參數(shù)有關(guān)。 l粘性和壓縮性是空氣的兩種物理性質(zhì)。在飛行

3、中，飛機之所以會受到空氣阻力原因之一就是空氣有粘性。而飛機以接近音速或者超過音速飛行時會出現(xiàn)阻力突增等現(xiàn)象則與空氣的壓縮性有關(guān)。2021/8/269第二章、飛機的升力和阻力 2021/8/2610第一節(jié)、氣流特性l氣流特性是指空氣在流動中各點流速、壓力、密度等參數(shù)的變化規(guī)律，氣流特性是空氣動力學(xué)的重要研究課題，對飛機的飛行原理非常重要。2021/8/2611l空氣動力：空氣流過物體或物體在空氣中運動時，空氣對物體的作用力稱為空氣動力。如有風(fēng)的時候，我們站著不動，會感到有空氣的力量作用在身上；沒有風(fēng)的時候，我們跑步時也感到有空氣的力量作用在身上。這是空氣動力的表現(xiàn)形式。再如：飛機在飛行中受到的升

4、力和阻力也是空氣動力的表現(xiàn)形式。l2021/8/2612l氣流：流動的空氣稱為氣流，如風(fēng)。l穩(wěn)定氣流和不穩(wěn)定氣流：所謂穩(wěn)定氣流，就是空氣流動時，空間各點上的參數(shù)不隨時間而變化。如果空氣流動時，空間各點上的參數(shù)隨時間而改變，這樣的氣流就是不穩(wěn)定氣流。以下幾個概念及定理都是只適用于穩(wěn)定氣流。l2021/8/2613l流線：在穩(wěn)定氣流中，空氣微團流動的路線，叫做流線。l流線譜：流體流過物體時整個流線組成的圖形稱為流線譜。根據(jù)流線譜可從理論上對空氣動力作定性的分析。2021/8/2614第二節(jié) 升力和阻力的產(chǎn)生 2021/8/2615升力l升力的產(chǎn)生l從空氣流過機翼的流線譜可以看出：相對氣流流過機翼時

5、，分成上下兩股，分別沿機翼上表面流過，而在機翼的后緣重新匯合向后流去。因機翼表面突起的影響，上表面流線密集，流管細，其氣流流速快、壓力??；而下表面流線較稀疏，流管粗， 其氣流流速慢，壓力較大。因此，產(chǎn)生了上下壓力差。這個壓力差就是空氣動力(R)， 它垂直流速方向的分力就是升力(Y)。升力維持飛機在空中飛行。l機翼升力的著力點，即升力作用線與翼弦的交點叫壓力中心。2021/8/2616機翼表面的壓力分布 l機翼表面上各點的壓力大小，用箭頭長短表示，凡是箭頭方向朝外，表示比大氣壓力低的吸力（負壓力）；凡是箭頭方向指向機翼表面的，表示比大氣壓力高的正壓。從圖可以看出，由于機翼上表面的壓力所形成的升力

6、在總升力中占60-80%，而下表面的壓力所形成的升力，只占總升力的20-40%。所以不能認為：飛機被支托在空中，主要是空氣從機翼下面沖擊機翼的結(jié)果。 2021/8/2617l阻力的產(chǎn)生l 空氣動力沿氣流方向的分力阻礙飛機在空氣中前進的力稱為阻力，機翼的阻力包括壓差阻力、摩擦阻力和誘導(dǎo)阻力。2021/8/2618l1壓差阻力l相對氣流流過機翼時，機翼前緣的氣流受阻，流速減慢，壓力增大；而機翼后緣氣流分離，形成渦流區(qū)，壓力減小。這樣，機翼前后產(chǎn)生壓力差形成阻力。這個阻力稱為 壓差阻力。l這點可以作如下理解：高速行駛的汽車后面時常揚起塵土，就是由于車后渦流區(qū)的空氣壓力小，吸起灰塵的緣故。l2摩擦阻力

7、l在飛行中，空氣貼著飛機表面流過，由于空氣具有粘性，與飛機表面發(fā)生摩擦，產(chǎn) 生了阻止飛機前進的摩擦阻力。2021/8/2619l3誘導(dǎo)阻力l伴隨升力的產(chǎn)生而產(chǎn)生的阻力稱為誘導(dǎo)阻力。誘導(dǎo)阻力主要來自機翼。當(dāng)機翼產(chǎn)生升力時，下表面的壓力比上表面的壓力大，下表面的空氣會繞過翼尖向上表面流去，使翼尖氣流發(fā)生扭轉(zhuǎn)而形成翼尖渦流。翼尖氣流扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生下洗速度，氣流方向向下傾斜，形成洗流升力亦隨之向后傾斜。l日常生活中，我們有時可以看到，飛行中的飛機翼尖處拖著兩條白霧狀的渦流索。這是因為旋轉(zhuǎn)著的翼尖渦流內(nèi)壓力很低，空氣中的水蒸汽因膨脹冷卻，凝結(jié)成水珠，顯示出了翼尖渦流的軌跡。l4.干擾阻力l飛機飛行中各部分氣

8、流互相干擾所引起的阻力稱之為干擾阻力2021/8/2620第三節(jié) 影響升力和阻力的因素 l1機翼迎角的影響l(1)在一定范圍內(nèi)，機翼迎角增加，升力則增大。因為機翼迎角增加后，機翼上表面氣流的流線更加密集，流速更塊，壓力更小(吸力更大)，壓差更大。l(2)機翼迎角增加，阻力隨之增大。因為隨著機翼迎角的增加，機翼后部的渦流區(qū)也不斷擴大，壓力減?。欢鴻C翼前部氣流壓力增大，前后壓力差(阻力)增大。機翼升力增加誘導(dǎo)阻力頁隨之增加。l2速度的影響l相對氣流的速度越大，升力和阻力就越大。實驗證明：升力和阻力與速度的平方成正比。l(1)根據(jù)柏努利定理，機翼上表面的相對氣流流速越快，靜壓越小，上下壓力差則越大，

9、升力就越大。l(2)氣流流速越快，機翼前部的氣流動壓越大，受檔后轉(zhuǎn)換成的靜壓也就越大，前后壓力差也越大。壓差阻力越大另外由于相對速度大摩擦阻力也隨之增大。l。2021/8/2621l3空氣密度的影響l空氣密度越大，升力和阻力越大。升力、阻力的大小與空氣密度成正比。根據(jù)動壓公式(g=1/2v,2)，空氣密度增大后，氣流流過機翼時的動壓變化大。所以機翼上下的壓力差和機翼前后的壓力差變化也大4機真的影響l(1)面積：升力和阻力與面積成正比。l(2)平面形狀：機翼產(chǎn)生升力后出現(xiàn)渦流，使上翼面壓強增加，下翼面壓強減小，機翼升力受到損失，并產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力。當(dāng)機翼平面形狀接近橢圓形時，升力損失最小，誘導(dǎo)阻力也

10、較小，平面形狀為矩形的機翼升力損失較大，誘導(dǎo)阻力也較大。而梯形機翼居 兩者之間，因此橢圓形機翼空氣動力性能最好。l(3)展弦比：展弦比越大渦流影響所占的比例越小，升力損失和誘導(dǎo)阻力也越小。2021/8/2622l5翼型的影響l相對厚度：l翼型的最大厚度(c)占翼弦(b)的百分比，稱作相對厚度(C-)，表示翼型的厚薄程度。l公式：s-=c/b100%l中弧線彎度：翼型中線與冀弦之間的最大距離(f)占翼弦(b)的百分比，叫做中弧 線相對彎度(f-)，表示翼型的彎曲程度。l公式：f-=f/b100%l在一定范圍內(nèi)，翼型的相對厚度、中弧線彎度越大，機翼上表面的流線越密，流速越快，壓力越小，因而上下壓力

11、差越大，升力也越大，阻力也隨之增大。l6表面質(zhì)量的影響l飛機表面越光滑，摩擦阻力越??；表面越粗糙，摩擦阻力則越大。l飛機各部外形的流線型越好，則阻力越小。2021/8/2623第四節(jié) 飛機的增升裝置原理 l飛機的增升裝置主要有前緣縫翼、前緣襟翼、后緣襟翼，增升原理主要是三條：增大機翼彎度、增加機翼面積、增加機翼上表面附面層能量，延緩上表面氣流分離。縫翼和襟翼開縫的主要作用就是延緩機翼表面的氣流分離，襟翼的作用主要是增加機翼彎度和面積。 2021/8/2624第三章 飛機的平衡、安定性和操縱性2021/8/2625第一節(jié)、飛機的重心和坐標(biāo)軸2021/8/2626l1、飛機重心l飛機各部分重力的合

12、力著用點，稱為飛機的重心。重力作用力點所在的位置，叫重心位置。l重心具有以下特性：l飛行中，重心位置不隨姿態(tài)改變。l飛機在空中的一切運動，無論怎樣錯綜復(fù)雜，總可以分解為：飛機各部分隨飛機重心一l道的移動和飛機各部分轉(zhuǎn)繞著飛機重心的轉(zhuǎn)動。2021/8/2627l2飛機的機體軸飛機的機體軸l通過飛機重心的三條互相垂直的、以機體為基準(zhǔn)的坐標(biāo)軸，叫機體軸。它可分為： (1) 縱軸：沿機身軸線，通過飛機重心的軸線，叫飛機的縱軸。飛機繞縱軸的轉(zhuǎn)動，叫飛機的橫向滾轉(zhuǎn)。(2)l橫軸：沿機翼屁向通過飛機重心并垂直縱軸的軸線，叫飛機的橫軸。飛機繞橫軸的轉(zhuǎn)動，叫俯仰轉(zhuǎn)l動。(3)立軸：通過飛機重心并垂直于縱軸和橫軸

13、的軸線，叫飛機的立鈾。飛機繞立軸的轉(zhuǎn)動，叫l(wèi)方向偏轉(zhuǎn)。2021/8/2628第二節(jié)、飛機的平衡l飛機處于平衡狀態(tài)時，飛行速度的大小和方向都保持不變，也不繞重心轉(zhuǎn)l動。飛機平衡包括以下兩種平衡：2021/8/2629l1、作用力平衡、作用力平衡l包括升力和重力平衡、拉力和阻力平衡。若飛機的升力、重力不平衡，則飛機的高度會發(fā)生l變化；若飛機的拉力、阻力不平衡，則飛機的飛行速度會發(fā)生變化l。2021/8/2630l2、力矩平衡、力矩平衡l是指作用于飛機的各力矩之和為零。它包括以下三個平衡： 俯仰平衡：指作用于飛機各l俯仰力矩之和為零。飛機獲得俯仰平衡后，迎角不改變，不繞橫軸轉(zhuǎn)動。飛機飛行時，水平尾翼

14、l也產(chǎn)生一定的升力并且這個升力的大小和方向可利用升降舵的偏轉(zhuǎn)來改變。只要使尾翼上產(chǎn)生的l升力對飛機重心的力矩和機翼升力、發(fā)動機推力等對飛機重心的力矩大小相等、方向相反，就可l以保持飛機的俯仰平衡。方向平衡：指作用于飛機的左偏轉(zhuǎn)力矩和右偏轉(zhuǎn)力矩彼此相等，飛l機不繞立軸轉(zhuǎn)動。飛機的偏轉(zhuǎn)力矩主要有：機翼的阻力力矩、發(fā)動機產(chǎn)生的拉力力矩、垂直尾翼l和方向舵產(chǎn)生的力矩。橫側(cè)平衡：指作用于飛機的左滾力矩和右滾力矩彼此相等，飛機不繞l縱軸滾轉(zhuǎn)。飛機的滾轉(zhuǎn)力矩主要有：左、右機翼的升力對重心形成的力矩2021/8/2631第三節(jié)、飛機的安定性l飛機的安定性就是在飛行中，當(dāng)飛機受微小擾動（如氣流波動）而偏離原來狀

15、態(tài)，并在l擾動消失以后，不經(jīng)飛行員操縱，飛機能自動恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的特性。2021/8/2632l1、飛機的俯仰安定性（迎角安定性）、飛機的俯仰安定性（迎角安定性）:l指飛機受微小擾動迎角發(fā)生變化，自動恢復(fù)原來迎角的特性。飛機是通過水平尾翼產(chǎn)生l的附加升力，對機場重心形成機頭下俯或上仰的安定力矩來獲得迎角安定性的。此外，飛機l的重心位置對迎角安定性有較大影響，所以，飛機的配載是很重要的。2021/8/2633l2、飛機的方向安定性：、飛機的方向安定性：l指飛機受到擾動使方向平衡遭到破壞，擾動消失后，飛機又趨向于恢復(fù)原來的方向平衡l狀態(tài)。飛機的方向安定力矩是在側(cè)滑中產(chǎn)生的。飛機的側(cè)滑是指飛機的運

16、動方向同收音機的l對稱面不平衡，相對氣流是側(cè)前方（左、右側(cè)）流向飛機的飛行狀態(tài)。飛機主要依靠垂直尾l翼的作用、產(chǎn)生一個對飛機重心的安定力矩使機頭左、右偏轉(zhuǎn)來消除飛機側(cè)滑的。2021/8/2634l3、飛機的橫側(cè)安定性：、飛機的橫側(cè)安定性：l是指在飛行中，飛機受到擾動以致橫側(cè)平衡狀態(tài)遭到破壞，而在擾動消失后，收音機又l趨向于恢復(fù)原來的橫側(cè)平衡狀態(tài)。飛機的橫側(cè)安定性主要靠機翼上的反角、后掠角和垂直尾l翼的作用產(chǎn)生的。l飛機的方向安定性和橫側(cè)安定性之間有著密切的關(guān)系，不能一個安定性很大，一個卻很l小。例如，橫側(cè)安定性過強會使飛機產(chǎn)生飄擺。2021/8/2635第四節(jié)、飛機的操縱性l飛機的操縱性是指飛

17、機在飛行員操縱駕駛桿、腳蹬的情況下，改變飛機飛行姿態(tài)的特性。l飛機在空中的操縱是通過三個操縱面：升降舵、方向舵和副翼來進行的。轉(zhuǎn)動這三個操縱面，l在氣流的作用下就會對飛機產(chǎn)生操縱力矩，使之繞橫軸、立軸和縱軸轉(zhuǎn)動，以改變飛行姿態(tài)。l飛機的飛行性能是評價飛機優(yōu)劣的主要指標(biāo)。主要包括下列幾項：2021/8/2636l1.最大平飛速度最大平飛速度l飛機的最大平飛速度是在發(fā)動機最大功率或最大推力時飛機所獲得的平飛速度。其單位是“公l里/小時”。l影響飛機最大平飛速度的主要因素是發(fā)動機的推力和飛機的阻力。由于發(fā)動機推力、飛機阻力l與高度有關(guān)，所以在說明最大平飛速度時，要明確是在什么高度上達到的。l通常飛機

18、不用最大平飛速度長時間飛行，因為耗油太多，而且發(fā)動機容易損壞。2021/8/2637l2.巡航速度巡航速度l巡航速度是指發(fā)動機每公里消耗燃油最少情況下的飛行速度，其單位是“公里/小時”。這時l飛機的飛行最經(jīng)濟,航程也最遠,發(fā)動機也不大“吃力”。2021/8/2638l3.爬升率爬升率l飛機的爬升率是指單位時間內(nèi)飛機所上升的高度,其單位是“米/秒”。l爬升率大，說明飛機爬升快，上升到預(yù)定高度所需的時間短。l爬升率與飛行高度有關(guān)。隨著飛行高度增加，空氣密度減少，發(fā)動機推力降低，所以一般最大l爬升率在海平面時，隨著高度增加而減小2021/8/2639l4.升限升限l飛機上升所能達到的最大高度,叫做升

19、限。2021/8/2640l5.航程及續(xù)航時間航程及續(xù)航時間l航程是指飛機一次加油所能飛越的最大距離.用巡航速度飛行可取得最大航程。增加主要航l程的主要辦法有：多帶燃料、減小發(fā)動機的燃料消耗和增大升值比。續(xù)航時間是指飛機一次加l油，在空中所能持續(xù)飛行的時間。2021/8/2641第四章 平飛、上升、下降 2021/8/2642第一節(jié)、平飛l飛機作等速直線水平的飛行，叫做平飛。平飛是運輸機的一種主要飛行狀態(tài)。2021/8/26431、平飛的作用力l飛機在空中穩(wěn)定直線飛行時，受到四個力的作用：升力(L)、重力(W)、拉力(P)、阻力(D)2021/8/2644平飛運動方程2021/8/26452、

20、平飛所需速度l能夠產(chǎn)生足夠的升力來平衡重力的飛行速度叫做平飛所需速度，用V平飛表示2021/8/26462021/8/26473、平飛拉力曲線和平飛功率曲線2021/8/2648平飛所需拉力曲線變化的原因分析l根據(jù)升阻比隨迎角變化的規(guī)律，可以知道平飛所需拉力是隨迎角增加先減小后增大2021/8/2649平飛所需拉力曲線變化的原因分析l若平飛時拉力和阻力相等，拉力曲線即可用阻力曲線表示。2021/8/2650平飛所需功率2021/8/2651平飛拉力曲線和剩余拉力2021/8/2652平飛功率曲線和剩余功率2021/8/2653第二節(jié)、上升l飛機沿傾斜向上的軌跡作等速直線的飛行叫做上升。上升時飛

21、機取得高度的基本方法。2021/8/26541、飛機上升的作用力l飛機在空中穩(wěn)定上升時，受到四個力的作用：升力(L)、重力(W)、拉力(P)、阻力(D)。通常把重力再進行分解。2021/8/2655上升運動方程2021/8/2656上升所需速度2021/8/26572、上升性能2021/8/26582021/8/26592021/8/26602021/8/2661第三節(jié)、下降l飛機沿傾斜向下的軌跡作等速直線的飛行叫做下降。下降是飛機降低高度的基本方法。2021/8/26621、飛機下降時的作用力l飛機在空中穩(wěn)定上升時，受到四個力的作用：升力(L)、重力(W)、拉力(P)、阻力(D)。通常把重力

22、再進行分解。2021/8/26632021/8/26642021/8/26652021/8/26662021/8/26672、下降性能2021/8/26682021/8/26692021/8/26702021/8/26712021/8/26722021/8/2673第五章 飛機的續(xù)航性能 2021/8/2674第一節(jié)、平飛可用燃料量和燃料消耗量l2021/8/2675一、 平飛可用燃料量l飛機上裝的燃料愈多，航程愈遠，航時愈長。然而飛機上裝的燃料量（Q總），并不能全部用續(xù)航飛行。其中一部分用于地面試車、滑行和起飛，這部分燃料量以Q著陸表示；還有由于油箱構(gòu)造不能用盡的剩余燃料量，這部分燃料量以Q

23、剩余表示；此外，為了飛行安全，還必須留出一定的備分燃料量，以應(yīng)付航向保持不準(zhǔn)和氣象條件發(fā)生變化等特殊情況，這部分燃料量以Q備分表示。2021/8/2676l于是實際用于續(xù)航飛行的燃料量（Q續(xù)航）為Q續(xù)航=Q總-Q地面-Q著陸-Q剩余-Q備分飛行中，供飛機平飛階段使用的燃料量，叫平飛可用燃料量。用于平飛階段的燃料量，還應(yīng)從用于續(xù)航飛行的燃料量中扣除用于上升階段和下降階段的燃料量。2021/8/2677二、平飛中的燃料消耗量l為分析問題方便，引入兩個概念：（一） 小時燃料消耗量飛機飛行一小時，發(fā)動機所消耗的燃料量，叫做小時燃料消耗量。其單位是升/小時或公斤/小時。只要知道了飛機的小時燃料消耗量，根

24、據(jù)平飛可用燃料量，飛機的平飛可用燃料量一定，小時燃料消耗量越小，平飛航時虎長。2021/8/2678l（二） 公里燃料消耗量飛機相對于地面飛行一公里，發(fā)動機所消耗的燃料8量，叫做公里燃料消耗量。其單位是升/公里或公斤/公里。飛機的平飛可用燃料量一定，公里燃料消耗量越小，平飛航程越遠。2021/8/2679第二節(jié)、影響平飛航時的因素l從上節(jié)分析知，在平飛可用燃料量一定的情況下，平飛航時取決于小時燃料消耗量。本節(jié)將講座影響小時燃料消耗量的因素以及增長平飛航時的基本操縱方法。2021/8/2680一、 影響小時燃料消耗量的因素l從發(fā)動機原理知，活塞式發(fā)動機，每馬力有效功率，在每小時內(nèi)消耗的燃料量，叫

25、發(fā)動機的燃料消耗率，單位是公升/馬力.小時或公斤/馬力.小時。所以，小時燃料消耗量就等于發(fā)動機的有效功率與燃料消耗率的乘積。2021/8/2681l螺旋槳效率等于螺旋槳有效功率與發(fā)動機有效功率的比值。在穩(wěn)定平飛中，螺旋槳有效功率應(yīng)等于平飛所需功率。當(dāng)量燃料消耗率是發(fā)動機每產(chǎn)生一馬力當(dāng)量功率，在一小時內(nèi)消耗燃料量?；钊铰菪龢w機和渦輪螺旋槳飛機，其小時燃料消耗量都決定于發(fā)動機的燃料消耗率、螺旋槳效率以及平飛所需功率。燃料消耗率越小，螺旋槳效率越高，平飛所需功率越少，小時燃料消耗量就越小。2021/8/2682l對渦輪噴氣發(fā)動機，燃料消耗率指的是發(fā)動機產(chǎn)生1公斤推力，在一小時內(nèi)消耗的燃料量。所以

26、，噴氣式飛機的小時燃料消耗量，就等于發(fā)動機的推力與燃料消耗率的乘積。在穩(wěn)定平飛中，發(fā)動機的推力應(yīng)等于平飛所需推力。對噴氣式飛機，燃料消耗率或平飛所需推力減小，都會使小時燃料消耗量減小。2021/8/2683二、 飛行條件改變對平飛航時的影響l飛行條件改變，會引起燃料消耗率、螺旋槳效率以及平飛所需功率或平飛所需推力發(fā)生變化，以致使小時燃料消耗量發(fā)生變化，而影響平飛航時的長短。2021/8/2684第三節(jié)、影響平飛航程的因素l在平飛可用燃料量一定的情況下，平飛航程取決于公里燃料消耗量。在平飛可用燃料量一定的情況下，平飛航程取決于公里燃料消耗量。本節(jié)將討論影響公里燃料消耗量的因素以及增大平飛航程的基本操縱方法。20