航概-飛行原理

1、航概通識飛行原理為什么要飛？何謂飛行器?為什么能飛?如何操縱飛行器?什么樣的飛機是好操縱的?什么樣的飛機性能是好的?為什么要飛？對飛行與生俱來的渴望速度、效率國防對未知空間的探索何謂飛行器？飛行器是由人類制造、能飛離地面、在空間飛行并由人來控制的大氣層內(nèi)或大氣層外空間飛行的物體。通常 在大氣層內(nèi)飛行的稱為航空器 在大氣層外飛行的稱為航天器為什么能飛？ 氣球/飛艇：本身比空氣輕，浮力大于重力 火箭：發(fā)動機產(chǎn)生推力大于重力 衛(wèi)星/空間站：由火箭帶至太空并獲得高速，由高速帶來的離心力克服地心引力 飛機/直升機：由空氣動力克服重力空氣動力是如何產(chǎn)生的？風箏Bernoulli原理與Venturi效應Be

2、rnoulli原理：流速小的地方壓強大，而流速大的地方壓強小。 如果向兩張紙或兩個很輕的球中間吹氣，會發(fā)生什么？ 臺風為什么能把房頂掀掉？Venturi效應：氣體流速的大小與流管的截面積成反比，窄的地方流速大，寬的地方流速小。機翼相當于半Venturi，上翼面流速高于下翼面流速，上翼面壓強小于下翼面。機翼的大部分升力產(chǎn)生于機翼前半段。典型機翼截面影響空氣動力的主要因素 飛機外形與尺寸； 空氣的密度與粘性； 機體的速度； 聲速； 機體相對于氣流的姿態(tài)（迎角）。Re數(shù)體現(xiàn)的是空氣密度、速度、粘性及尺寸的影響M數(shù)體現(xiàn)的是空氣壓縮性的影響聲速與空氣密度則由大氣環(huán)境決定流體微小擾動的傳播速度等于該流體的

3、聲速。如果物體以亞音速運動，以聲速傳播的壓力擾動總是在物體前方傳播，擾動在物體前方聚集，后方散開；物體速度接近聲速時，前方聚集的擾動波越來越強，直至達到音速形成馬赫波；物體速度超過聲速時，物體總是行進在波的前方，所產(chǎn)生的所有擾動都被限在一個狹小區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域被稱為馬赫錐靜止音速運動亞音速運動超音速運動空氣壓縮性超音速飛機飛過觀察員上方時，觀察員能看到飛機，但聽不到任何從飛機發(fā)出的聲音，直到飛機飛過，觀察員進入馬赫錐內(nèi)才能聽到；亞音速飛行時，觀察員會在飛機飛過他之前就聽到飛機的聲音。超音速流中，擾動信息被限制在馬赫錐內(nèi)傳播，來流的氣流微團只有突然撞到物體表面并進入馬赫錐中的時候才能感受到飛機的存

4、在，從而流體在飛機前方形成了一道激波。正激波(鈍前緣) 斜激波(尖銳前緣) 激波將導致流動分離、升力損失和阻力增加，馬赫數(shù)越大越嚴重，正激波更嚴重。所產(chǎn)生的阻力增量稱為波阻。機翼的有效M數(shù)等于M數(shù)在垂直于前緣掠角方向的分量。M = 3.2M=2.3大氣環(huán)境大氣層是由于地心引力而聚集在地球周圍的一層混合氣體。大氣參數(shù)在垂直方向上變化顯著(密度、溫度、壓強) 對流層(赤道區(qū)1618km，中緯度區(qū)1012km，南北極89km； 的大氣質(zhì)量，幾乎全部的水汽，天氣變化) 散逸層(外層，大氣分子向外層空間逃逸) 熱層(到800km，空氣密度很小，聲波也難以傳播。空氣處于高度電離狀態(tài)) 中間層(到8085k

5、m，氣溫隨高度增加而下降，空氣有相當強烈的垂直運動 ) 平流層(對流層之上，頂端擴展到5055km；氣流平穩(wěn)，能見度佳，平流層下端稱同溫層)大氣結構大氣結構對流層同溫層平流層中間層熱層電離層同溫層堡壘迎角(Angle of Attack, AOA)幾何迎角: 機翼平均氣動弦線(前后緣連線)與相對氣流間的夾角。有效迎角: 以機翼升力為0時為起點測量的迎角。升力的影響因素 升力系數(shù) 大氣密度 飛行速度 機翼面積升力系數(shù)的影響因素 迎角 翼型 翼型彎度(增大有效迎角)升力起飛為什么要加速、抬頭？阻力 表面摩擦阻力 附著在飛機表面的流體剪切應力引起 壓差阻力 由氣流分離引起 波阻由激波產(chǎn)生 誘導阻力氣

6、流分離導致的前后壓力差誘導阻力誘導阻力，又稱為升致阻力，由翼尖渦引起。 機翼下表面壓力高于上表面，因此翼梢附近會產(chǎn)生翼梢渦，該渦會增大氣流的下洗。局部升力垂直于局部氣流。翼梢位置的升力相對于其他位置有個阻力分量。誰的誘導阻力大？大展弦比機翼可有效降低誘導阻力鳥類的翅膀展弦比鳥鳥翅膀展弦比翅膀展弦比烏鴉5麻雀6蒼鷹6鷲8銀鷗10燕鷗12信天翁19飛行距離短的鳥翅膀展弦比??；飛行距離長，尤其是在水上飛行的鳥翅膀展弦比大。候鳥飛行為什么會排成”人字形”或”一字形”?此外，翼梢小翼也可有效降低誘導阻力。如何飛？(飛行原理)升力 推力重力 阻力升力克服重力推力克服阻力俯仰改變飛行高度滾轉(zhuǎn)、偏航改變飛行方

7、向如何產(chǎn)生俯仰、滾轉(zhuǎn)及偏航力矩？飛機操縱面 升降舵：兩側(cè)上下同向偏轉(zhuǎn)，改變平尾升力，產(chǎn)生俯仰力矩 副翼：兩側(cè)上下差動偏轉(zhuǎn)，改變兩側(cè)機翼升力，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩 方向舵：左右偏轉(zhuǎn)，改變垂尾側(cè)力，產(chǎn)生偏航力矩傳統(tǒng)飛機大型運輸機非常規(guī)布局飛機飛行員如何操縱飛機？駕駛桿前推桿/后拉桿操縱升降舵左右壓桿操縱副翼油門桿前推增加推力后拉降低推力腳蹬左/右蹬操縱方向舵什么樣的飛機易于操縱？不需要飛行員消耗太多精力的飛機穩(wěn)定的飛機。飛機在受到擾動之后，如果自身能產(chǎn)生恢復力/力矩使之回到初始平衡狀態(tài)，則該飛機是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性靜穩(wěn)定性：受到擾動后是否有回到初始平衡狀態(tài)的趨勢。動穩(wěn)定性：受到擾動后的響應過程是否穩(wěn)定。穩(wěn)定不

8、穩(wěn)定中立穩(wěn)定縱向靜穩(wěn)定性航向靜穩(wěn)定性主要由垂尾提供大M數(shù)及大迎角下隨垂尾效率下降而下降，雙垂尾、腹鰭超音速時隨焦點后移穩(wěn)定性會提高。主要由重心位置和平尾提供橫向靜穩(wěn)定性主要由機翼上反角、前緣后掠角、機翼-機身位置提供上反角、后掠角及上單翼布局均起增穩(wěn)作用，需合理布局以獲得合適的橫向靜穩(wěn)定性什么樣的飛機性能好？不同類型的飛機，飛行任務不同，評判飛機性能的標準也不相同。 民用運輸機：經(jīng)濟性好 軍用運輸機：載重大、能在簡易跑道起飛著陸 偵察機：航時長、航程遠 轟炸機：載重大、航程遠 戰(zhàn)斗機：作戰(zhàn)效能高（機動性、敏捷性高）隨著機翼設計、發(fā)動機性能及結構設計的發(fā)展，過去100余年飛機的性能得到了迅速發(fā)展

9、。紐約-洛杉磯的飛行時間協(xié)和飛機從巴黎到紐約只要3.5小時巴黎和紐約的時差是6小時載客量的變化升阻比飛行性能最重要的參數(shù)之一，展弦比越大，需用推力越小，耗油率越低，航時越久。為提高升阻比（降低阻力），采取的措施包括：翼型優(yōu)化設計、增大展弦比、使用翼梢小翼類型類型升阻比升阻比滑翔機25:1 60:1典型客機16:1螺旋槳飛機10:115:1戰(zhàn)斗機8:110:1航天飛機4:1在靜止空氣中，升阻比等于滑翔比（跨越地面的距離與高度差之比）。1984年，B767燃油耗盡，飛行員利用滑翔技術迫降成功假設B767最大升阻比為16:1，巡航高度32000ft，該飛機最遠能滑翔多遠？航天飛機”glides li

10、ke a bathtub”常見飛機最大航程型號機內(nèi)油航程最大航程Mig-1514201860Mig-2110202100Mig-2518652400Su-273680Mig-2914802900F-8614702200F-420002600F-1618253890F-1519804631型號最大航程Tu-9514000Tu-16/H-65800Tu-225000Tu-16012300B-5216000B-1B11000B-211100A34013900A38015000加大航程與航時的途徑 增加升阻比 合理選擇飛行狀態(tài)(最大K或最大KM) 采用更經(jīng)濟發(fā)動機 使用副油箱 空中加油起飛著陸性能以起

11、飛、著陸距離為指標起飛（加速過程）22211222LVLiftCV SWLengthata縮短起飛距離有兩種途徑： 提高加速度(發(fā)動機功率)增加發(fā)動機尺寸，增加重量、成本與廢阻 降低起飛速度使用增升裝置著陸（減速過程）著陸距離與接地速度平方成正比22TDVSa 整個著陸過程要耗散掉大量的動能接地靜止212mV0降低著陸滑跑距離措施如果僅用剎車減速，重量227噸，接地速度75m/s飛機的剎車必須在半分鐘內(nèi)耗散掉30000馬力的能量，足以把機輪融化。因此商用飛機通常不會使用最大剎車。鴨翼上偏至最大擾流板與反推力減速板為什么運輸機的增阻措施較多？機型機型起飛場長起飛場長/滑跑距離滑跑距離(m)著陸場

12、長著陸場長/著陸滑跑距離著陸滑跑距離(m)A38030002100B74728201905C-172360(最大起飛重量)915(載重72噸, 使用反推)C-1301573/1091838/518Rafale400(截擊)/600(對地攻擊)450EF2000300-Su-27450620JAS-39800800F-16396530670810機動性飛機的機動性取決于其推重比和能夠達到的最大法向過載， 推重比越大，加速及爬升速度越快； 法向過載越大轉(zhuǎn)彎半徑越小，轉(zhuǎn)彎速度越快。多數(shù)情況下，過載限制并不是由飛機決定(如結構、操縱效能限制等)，而是由飛行員(或乘客)承受極限決定；運輸機的過載限制通常為2.5；戰(zhàn)斗機的過載限制通常可達9；黑視（或灰視）抗荷服典型飛機推重比Mig