飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課件：飛機(jī)飛行的基礎(chǔ)認(rèn)知

飛機(jī)飛行的基礎(chǔ)認(rèn)知《飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)》

目錄9.9相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理與迎角和側(cè)滑角的介紹9.6飛行速度的測(cè)量與修正9.8飛機(jī)飛行時(shí)所承受的力9.5飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換9.1飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用9.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述9.4大氣氣流的特性9.2飛機(jī)的飛行環(huán)境9.7飛機(jī)的飛行重力9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

自世界首架飛機(jī)于1903年12月17日誕生以來(lái)，飛機(jī)的外形及機(jī)載設(shè)備隨著科技的快速發(fā)展不斷改進(jìn)，飛機(jī)的類型和功能也在不斷增加。但是不管其如何變化，飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)仍然是由機(jī)翼

(Wing)、機(jī)身(Uselage)、尾翼(Empennage)、起落裝置(Landing

gear)和動(dòng)力裝置

(Power

plant)5大部分組成，如圖9-1所示。圖9-1飛機(jī)主要機(jī)體結(jié)構(gòu)9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

1．機(jī)

翼機(jī)翼(Airfoil，或Wing)是飛機(jī)產(chǎn)生升力的主要部件，它的主要功能是使飛機(jī)產(chǎn)生升力，以便在空中飛行，另外機(jī)翼還起著穩(wěn)定和操縱的作用。機(jī)翼上通常安裝有副翼(Aileron)和襟翼

(Flap)，有的機(jī)翼還安裝有擾流板(Spoiler)或減速板(Air

brake)等調(diào)整升力與阻力的裝置，如圖9-2所示圖9-2飛機(jī)機(jī)翼主要構(gòu)件9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

在機(jī)翼后緣可以操縱的活動(dòng)面中，靠近外側(cè)的叫作副翼，其作用是控制飛機(jī)的

滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是讓機(jī)體產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)或傾側(cè)的運(yùn)動(dòng)；靠近內(nèi)側(cè)的叫作襟翼，其作用是

增加飛機(jī)起飛或著陸時(shí)的升力。擾流板與減速板的主要作用是減小升力、輔助副翼操縱和增大飛機(jī)的阻力。有的飛機(jī)將襟翼與副翼合為一體，稱襟副翼。飛機(jī)左右兩側(cè)機(jī)翼的襟副翼同時(shí)下偏，起襟翼的作用；如果反向偏轉(zhuǎn)則起副翼作用。機(jī)翼有各種形狀，裝在飛機(jī)上數(shù)目也不同。飛機(jī)發(fā)展之初曾經(jīng)流行過(guò)雙層機(jī)翼，甚至還出現(xiàn)過(guò)多翼機(jī)。那時(shí)飛機(jī)的飛行速度很小，為了產(chǎn)生足夠大的升力只好增加飛機(jī)的機(jī)翼面積，但是機(jī)翼面積過(guò)大對(duì)結(jié)構(gòu)和材料提出更高的要求。現(xiàn)代飛機(jī)的飛行速度都比較大，已不需要純粹增加機(jī)翼的面積，一般采用單翼9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

2．機(jī)

身機(jī)身(Fuselage)的主要作用是裝載人員、貨物、設(shè)備、燃料和武器等，也是

飛機(jī)其他結(jié)構(gòu)部件安裝的基礎(chǔ)，它能夠?qū)⑽惨?、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)等構(gòu)件連接成一個(gè)整體。輕型或小型飛機(jī)飛行高度都不高，機(jī)身的內(nèi)部(機(jī)艙)通常不密封。現(xiàn)代大型客機(jī)或戰(zhàn)斗機(jī)飛行的高度在10~11km或更高，機(jī)身必須采用氣密座艙，且在高空能夠自動(dòng)調(diào)整座艙的壓力，以滿足機(jī)上人員正常生存環(huán)境的需要。機(jī)身的尾部向上收縮，是為了防止飛機(jī)著陸時(shí)尾部擦地，而產(chǎn)生飛行安全事故9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

3．尾

翼尾翼(Empennage)通常由垂直尾翼

(Verticaltail)和水平尾翼(Horizontal

tail)組成，主要用

來(lái)保持和控制飛機(jī)在飛行方向的穩(wěn)定性和操縱性。垂直尾翼通常由固定的垂直安定面(Verticalstabilizer)和可操縱的方向舵(Rudder)兩個(gè)部分

組成水平尾翼通常由水平安定面(Horizontalstabilizer)和可操縱的升降舵(Elevator)兩個(gè)部

分所組成，如圖9-3所示。圖9-3飛機(jī)尾翼主要構(gòu)件9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

在圖中，方向舵是用來(lái)控制飛機(jī)的偏航(航向)

運(yùn)動(dòng)，

也就是使機(jī)頭左右移動(dòng)。而升降舵用來(lái)

控制飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)，也就是使機(jī)頭上下移動(dòng)。垂直安定面與水平安定面用來(lái)平衡和穩(wěn)定飛機(jī)的飛

行姿態(tài)。另外，大多數(shù)的飛機(jī)在升降舵與方向舵上還安裝配平調(diào)整片(Trimtab)，用以減輕飛行員駕駛時(shí)的負(fù)擔(dān)。水平尾翼通常安裝在機(jī)身尾段，但是有些飛機(jī)為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣干擾以及平尾顫振的問(wèn)題，水平尾翼安裝在垂直尾翼上，整個(gè)組成“T”形尾翼。大偏轉(zhuǎn)角的限制而引起的俯仰操縱性不足的問(wèn)題。在超聲速飛機(jī)上，

為了提高飛機(jī)縱向操縱能力，

常將水平安定面和升降舵合為一體，整個(gè)水平尾翼都可以轉(zhuǎn)動(dòng)，使其同時(shí)具有水平安定面和升降舵

的功用，這種尾翼稱為全動(dòng)平尾。有些飛機(jī)的水平尾翼左右兩側(cè)升降舵既可同向偏轉(zhuǎn)當(dāng)升降舵使用，又可反向偏轉(zhuǎn)作副翼使用，這種尾翼稱為升降副翼現(xiàn)代大型飛機(jī)水平安定面的角度可以根據(jù)需要進(jìn)行操縱，以彌補(bǔ)某些情況下因?yàn)槭艿缴刀孀?.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

4．起落裝置起落裝置(Landing

gear)是用于支撐飛機(jī)停放、滑行、起飛和著陸的部件，除了使用滑橇在雪地起降和使用浮筒在水上起降的飛機(jī)外，都是使用輪式起落架。輪式起落架由減振支柱、緩沖器、剎車裝置、機(jī)輪和收放機(jī)構(gòu)組成，其主要作用是緩沖和吸收飛機(jī)著陸時(shí)帶來(lái)的撞擊，以及起飛著陸滑跑時(shí)因地面不平引起的振動(dòng)，同時(shí)承受飛機(jī)停放、滑行、起飛和著陸滑跑過(guò)程中的重力。固定式起落架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，常用于小型飛機(jī)大中型飛機(jī)采用可收放式起落架以減小空中飛行時(shí)的阻力9.1

飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)與功用

5．動(dòng)力裝置飛機(jī)動(dòng)力裝置(Power

plant)的核心是航空發(fā)動(dòng)機(jī)，飛機(jī)采用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī))、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。其主要的功能是產(chǎn)生拉力或推力，克服飛機(jī)的重力以及飛行時(shí)產(chǎn)生的空氣阻力，另外動(dòng)力裝置還可為飛機(jī)其他相關(guān)設(shè)備提供電源或氣源。輕、小型飛機(jī)多使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī))，中型運(yùn)輸機(jī)多使用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)代大型客機(jī)多使用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，而戰(zhàn)斗機(jī)主要使用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。單發(fā)動(dòng)機(jī)裝置通常安裝在機(jī)頭前部(牽引式)或機(jī)身尾部(推進(jìn)式)，多發(fā)飛機(jī)則將發(fā)動(dòng)機(jī)掛吊在機(jī)翼下部或安裝在機(jī)翼上，也有的動(dòng)力裝置安裝在機(jī)身尾部。載客民用飛機(jī)使用兩發(fā)及以上發(fā)動(dòng)機(jī)，以避免其中一發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障9.2

飛機(jī)的飛行環(huán)境9.2

飛機(jī)的飛行環(huán)境飛機(jī)在大氣層內(nèi)飛行時(shí)所處的環(huán)境條件稱為飛機(jī)的飛行環(huán)境(Flight

environment)，飛行環(huán)境的特性直接或間接對(duì)飛機(jī)的空氣動(dòng)力以及飛行性能造成影響，甚至影響飛行穩(wěn)定和安全1．飛行環(huán)境的范圍飛機(jī)活動(dòng)的范圍主要在離地面約25

km以下的大氣層內(nèi)，在研究飛行環(huán)境隨著飛行高度的變化時(shí)，通常視大氣為理想氣體并使用流體連續(xù)性的假設(shè)。2．飛行環(huán)境的類型和特性實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，以大氣層溫度隨著海平面垂直高度的變化作為依據(jù)，飛行環(huán)境的類型可以分為對(duì)流層和同溫層

兩種類型，如圖9-4所示圖9-4飛機(jī)飛行環(huán)境內(nèi)溫度隨高度變化情形9.2

飛機(jī)的飛行環(huán)境(1)對(duì)流層的范圍與特性大氣的對(duì)流層(Troposphere)是指地球大氣層中最靠近地面的一層，也是空

氣密度最稠密的一層。其區(qū)域范圍是海平面高度11km內(nèi)。大氣中全部空氣質(zhì)量的

3/4和全部水蒸氣都集中在這一層，且溫度隨著高度的升高而降低，所以對(duì)流層的

天氣變化最為復(fù)雜，有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象。地形和地貌的不同以及氣溫與氣壓的變化促使空氣在水平和垂直方向形成強(qiáng)烈的對(duì)流，從而產(chǎn)生陣風(fēng)。對(duì)流層的氣候特點(diǎn)對(duì)飛機(jī)飛行的影響很大，例如，在高空飛行時(shí)，由于氣溫低，飛機(jī)容易結(jié)冰?？諝獾膶?duì)流使飛機(jī)上下顛簸，云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象也給飛行帶來(lái)困難，嚴(yán)重時(shí)甚至威脅飛行安全。依據(jù)氣流和天氣現(xiàn)象分布的特點(diǎn)，對(duì)流層再細(xì)分為下層、中層和上層。9.2

飛機(jī)的飛行環(huán)境①

對(duì)流層下層的范圍及特性對(duì)流層下層為離地2

km的高度范圍內(nèi)，地形復(fù)雜，并常伴隨著劇烈的氣流擾動(dòng)，引起突發(fā)的下沖氣流和強(qiáng)

烈的低空風(fēng)切變?cè)黾恿孙w行駕駛的難度。另外，大量的水汽和塵埃導(dǎo)致濃霧和其他能見度惡化的現(xiàn)象，對(duì)飛機(jī)的起飛和著陸構(gòu)成嚴(yán)重的障礙。因此為了確保飛行安全，每個(gè)機(jī)場(chǎng)都規(guī)定了各類飛機(jī)的起降氣象條件。②

對(duì)流層中層的范圍及特性對(duì)流層中層是從對(duì)流層下層的頂部向上伸展到離地約6

km的高度范圍。中層受到的地表影響遠(yuǎn)小于對(duì)流層的下層，所以輕型運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)常在此層中飛行。③

對(duì)流層上層的范圍及特性對(duì)流層上層是從對(duì)流層中層的頂部再向上伸展到離地約10~

11

km的高度范圍，該層的氣溫常年保持在0C

，在中緯度和亞熱帶地區(qū)，這一層常有大于30

m/s的強(qiáng)風(fēng)帶，也就是所謂的高空急流。飛機(jī)在急流附近飛行時(shí)，往往遇到強(qiáng)烈顛簸，乘員有不適感，飛行安全受到威脅。對(duì)流層和平流層之間還有一個(gè)厚度為數(shù)百米到1~2

km的過(guò)渡層，稱為對(duì)流層頂。對(duì)流層的頂端對(duì)垂直的氣流有很大的阻擋作用，上升的水汽和微粒大多聚集在這個(gè)區(qū)域，因此能見度往往較差。9.2

飛機(jī)的飛行環(huán)境(2)同溫層的范圍與特性在地球的大氣平流層的下半部，也就是從對(duì)流層頂部向上至離地面約25

km的

區(qū)域范圍內(nèi)，期間大氣溫度保持不變，稱為同溫層。同溫層之上，也就是平流層的上半部，溫度將逐漸升高，這是因?yàn)樵搶哟嬖诖罅砍粞?，臭氧直接吸收太?yáng)輻射。同溫層中空氣稀薄，水蒸氣極少，通常沒有云、雨、雪、雹等現(xiàn)象?？諝獠粫?huì)產(chǎn)生由上下對(duì)流引起的垂直方向的風(fēng)，只有水平方向的風(fēng)，所以風(fēng)向穩(wěn)定。同溫層的大氣能見度良好、氣流平穩(wěn)、空氣阻力小，對(duì)于平穩(wěn)飛行相當(dāng)有利，是飛機(jī)飛行的理想空間，所以現(xiàn)代的大型客機(jī)多在同溫層(平流層)的底層飛行。9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述大氣層內(nèi)飛行環(huán)境的壓力、溫度、密度等隨著飛機(jī)所在的地理位置、季節(jié)和飛行高度產(chǎn)生變化，因而飛機(jī)的空氣動(dòng)力也隨之改變。例如一架飛機(jī)在不同地點(diǎn)試飛會(huì)得出不同的飛行性能；即使在同一地點(diǎn)，不同季節(jié)或時(shí)間的試飛也會(huì)得出不同的結(jié)果。為了便于研究標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)性能數(shù)據(jù)，國(guó)際民航組織制訂出來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣以作統(tǒng)一參照的標(biāo)準(zhǔn)。1．國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的定義研究飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性時(shí)，不會(huì)因時(shí)與因地而異，這個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)就稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣 (International

standard

atmosphere，ISA)，它是由國(guó)際民航組織(ICAO)依照北半球中緯度

地區(qū)大氣物理特性的平均值作為制訂的基礎(chǔ)并加以適當(dāng)修正而建立的一個(gè)固定不變的大氣環(huán)境隨著

高度變化的規(guī)律。所有飛行器制造商提供的飛機(jī)性能數(shù)據(jù)、圖表都依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定的物理性質(zhì)條件而制定，每架飛機(jī)的測(cè)量?jī)x表也以標(biāo)準(zhǔn)大氣條件作為基準(zhǔn)。2．國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制訂內(nèi)容國(guó)際民航組織(ICAO)制訂的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣，內(nèi)容大致可以分成3個(gè)部分。(1)大氣被當(dāng)成理想氣體在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制訂內(nèi)容中，大氣層內(nèi)氣體被當(dāng)成靜止、相對(duì)濕度為零以及完全潔凈的理想氣體(Ideal

gas或Perfect

gas)。(2)以海平面為基準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制訂內(nèi)容是以海平面的高度為基準(zhǔn)高度，也就是規(guī)定海平面的高度為零，并將海平面氣溫定為T

=15。C=288.15K、壓力為P

=

1

atm

=

101

325

Pa

或760mmHg、密度為p

=

1.225

kg

/

m、3聲速是a

=341m/s(3)對(duì)流層的溫度垂直向上遞減而同溫層的溫度保持不變?cè)趪?guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制訂內(nèi)容中，對(duì)流層的區(qū)域范圍內(nèi)，溫度以遞減率=

?0.006

5

K

/

m

=

?0.003

560

R

/

ft逐漸地垂直向上遞減，而在同溫層的區(qū)域范圍內(nèi)，大氣的溫度保持不變。9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述【例9-1】對(duì)流層中大氣的聲速值是否隨著高度的升高而逐漸降低？其原因是什么？【解答】在對(duì)流層中，大氣的溫度隨著高度的升高而逐漸降低而根據(jù)聲速的計(jì)算公式a

=

RT

，聲速值隨著高度的升高而逐漸降低。9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述【例9-2】同溫層中大氣的聲速值是否隨著高度的升高而改變，其原因是什么？【解答】在同溫層中，大氣的溫度基本上保持不變而根據(jù)聲速的計(jì)算公式a

=RT，聲速值基本上不會(huì)隨著高度的升高而改變。9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述3．大氣性質(zhì)與高度之間關(guān)系的計(jì)算公式利用積分的方法可以求出大氣層內(nèi)對(duì)流層與同溫層的壓力P、溫度T與密度ρ隨著高度h的變化關(guān)系式，如表9-1所示。表9-1標(biāo)準(zhǔn)大氣計(jì)算公式一覽表9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述4．國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的應(yīng)用飛機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣為參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定飛行性能，試飛結(jié)果也應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，以便在統(tǒng)一的基準(zhǔn)下分析和比較，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在飛行時(shí)，飛機(jī)也必須根據(jù)實(shí)際的大氣條件與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的差異，對(duì)儀表和飛機(jī)性能做校準(zhǔn)(Calibration)與修正(Correction)，否則將可能發(fā)生極為嚴(yán)重的后果。5．國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的轉(zhuǎn)換飛行手冊(cè)列出的飛行性能數(shù)據(jù)是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣為條件，而實(shí)際飛行的大氣狀況往往不與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣完全吻合，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而彼此之間的換算主要是確定兩者之間的溫度偏差，也就是ISA偏差(ISA

Deviation)。9.3

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的描述【例9-3】如果巡航時(shí)飛機(jī)的壓力表高度為2000

m

，氣溫為－

5

C，試求該高度的標(biāo)準(zhǔn)大氣

溫度與ISA偏差?！窘獯稹繉?duì)流層內(nèi)溫度以遞減率=

?0.006

5

K

/

m

逐漸地垂直向上遞減，所以可得標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度為T標(biāo)準(zhǔn)

=

15

C

?

(6.5

C

/1

000

m)

2

000

m

=

2

CISA偏差為

ISA偏差

=?5C?2C=?7C9.4

大氣氣流的特性9.4

大氣氣流的特性【例9-4】簡(jiǎn)要說(shuō)明流經(jīng)飛機(jī)機(jī)體表面的氣流所導(dǎo)致摩擦阻力的影響因素【解答】du由此可知，摩擦阻力與空氣的黏性系數(shù)、氣流與飛機(jī)的接觸面積以及接觸表面法向速度梯度成正比。氣體的黏性系數(shù)隨著溫度的升高而增加，所以大氣溫度也包括在影響摩擦阻力的因素內(nèi)。

氣流摩擦阻力的計(jì)算式為Fs

=

T

A

=

dy

A9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換飛機(jī)的飛行高度是指飛機(jī)在空中至某一基準(zhǔn)水平面的垂直距離。飛行的安全高度(Safety

height)指

的是避免飛機(jī)與地面障礙物相撞的最低飛

行高度。從飛機(jī)相對(duì)于地球上的某一個(gè)地面來(lái)說(shuō)，飛行高度可以分成相對(duì)高度、絕對(duì)高度和真實(shí)高度；從飛機(jī)的氣壓式高度表測(cè)量時(shí)所選擇的氣壓面基準(zhǔn)來(lái)看，測(cè)量的高度可以定義為場(chǎng)壓高度、海壓高度和標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度，如圖9-5所示圖9-5飛機(jī)飛行高度類型與關(guān)系9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換1．相對(duì)高度飛機(jī)飛行時(shí)與某一機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面(水平面)的垂直距離，稱為相對(duì)高度，又稱場(chǎng)壓高

度(HQFE

)。飛機(jī)在起飛和著陸時(shí)必須知道相對(duì)高度，以確保高度表指示出與機(jī)場(chǎng)地面和地面障礙物之間的垂直距離，這時(shí)以機(jī)場(chǎng)當(dāng)?shù)睾０胃叨鹊臍鈮焊叨葹?，這樣在高度表上表示出來(lái)的高度就是機(jī)場(chǎng)上空的相對(duì)高度。2．絕對(duì)高度

飛機(jī)飛行時(shí)與海平面的垂直距離，稱為絕對(duì)高度，又稱海壓高度(HQNH

)。高度表使用某地修正海平面氣壓值為基準(zhǔn)面，所得到的指示高度即為絕對(duì)高度，飛機(jī)的爬升和下降階段都需要知道真實(shí)海拔高度。9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換3．標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度飛機(jī)飛行時(shí)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力平面(也就是壓力為101325Pa的海平面)之間的垂直距離，稱為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度(HQNE

)。這是為了使空中飛行的各航空器有統(tǒng)一的高度標(biāo)準(zhǔn)，從而避免因高度基準(zhǔn)不同導(dǎo)致垂直間隔不夠而出現(xiàn)事故。標(biāo)準(zhǔn)氣壓平面是人為擬定的平面，它的優(yōu)點(diǎn)是不受大氣環(huán)境變化的影響，從而避免了因各地氣壓不同而帶來(lái)的高度表數(shù)據(jù)偏差，保證了飛行安全。飛機(jī)在航線上飛行和轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，都需要利用標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度，以避免發(fā)生相撞事故。4．真實(shí)高度

真實(shí)高度是飛機(jī)離偵測(cè)地面的垂直距離，飛機(jī)在執(zhí)行低空飛行時(shí)需要測(cè)量真實(shí)高度，無(wú)線電高度表測(cè)量的就是真實(shí)高度。9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換5．各種飛行高度之間的轉(zhuǎn)換從圖9-5中可以看出各高度之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。(1)絕對(duì)高度(海壓高度)＝相對(duì)高度(場(chǎng)壓高度)＋機(jī)場(chǎng)標(biāo)高。(2)絕對(duì)高度＝真實(shí)高度(海壓高度)＋地點(diǎn)標(biāo)高。(3)相對(duì)高度＝真實(shí)高度＋地點(diǎn)標(biāo)高－機(jī)場(chǎng)標(biāo)高。(4)標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度＝絕對(duì)高度＋海平面修正高度。飛行高度必須依據(jù)機(jī)體與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、飛行任務(wù)等需求來(lái)選擇，中小型客機(jī)大約在數(shù)千米的高度上飛行，大型客機(jī)在平流層底部(10~11km高度)飛行?，F(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的最大飛行高度約為20千米，一些輕型飛機(jī)可以離地十幾米飛行。不同類型飛機(jī)的飛行高度上限主要決定于動(dòng)力裝置，下限主要決定于飛機(jī)的最小平飛速度和機(jī)動(dòng)性。9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換【例9-5】試說(shuō)明場(chǎng)面氣壓與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的意義?！窘獯稹繄?chǎng)面氣壓，是指當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)平面的氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下的氣壓9.5

飛行高度的類型與轉(zhuǎn)換【例9-5】修正海平面氣壓高度(HQNH

)、場(chǎng)面氣壓高度(HQFE

)與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力高度(HQNE

)的意義如何？【解答】修正海平面氣壓高度是指將當(dāng)?shù)睾Ｆ矫鏆鈮涸O(shè)定為測(cè)量基準(zhǔn)，飛機(jī)高度表所測(cè)量出的高度，也就是把海平面氣壓設(shè)定為0時(shí)飛機(jī)高度表顯示的測(cè)量高度。場(chǎng)面氣壓高度是指將當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)平面的氣壓設(shè)定為測(cè)量基準(zhǔn)，飛機(jī)高度表所測(cè)量出的高度，也就是把當(dāng)?shù)貦C(jī)場(chǎng)平面的氣壓設(shè)定為0時(shí)飛機(jī)高度表顯示的測(cè)量高度。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力高度是指將標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力設(shè)定為測(cè)量基準(zhǔn)，飛機(jī)高度表所測(cè)量出的高度，也就是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力高度設(shè)定為0時(shí)飛機(jī)高度表顯示的測(cè)量高度。9.6

飛行速度的測(cè)量與修正9.6

飛行速度的測(cè)量與修正從飛行考慮的基準(zhǔn)來(lái)看，飛機(jī)的飛行速度可分為地速與空速；從測(cè)量方法上的差異來(lái)看，飛行空速又可分為指示空速、校準(zhǔn)空速、當(dāng)量空速與真實(shí)空速。飛行速度會(huì)影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性與飛行姿態(tài)，需做相關(guān)的測(cè)量與修正工作。1．地速與空速的差異定義飛機(jī)重心(質(zhì)心)相對(duì)于靜止大氣的運(yùn)動(dòng)速度為空速(Air

speed)，用符號(hào)Va

表示；

因大氣氣候而造成的空氣流動(dòng)速度稱為風(fēng)速(Wind

speed)，用符號(hào)Vw

表示?？账倥c風(fēng)速的總和稱為地速(Ground

speed)，用符號(hào)Vg

表示。它們的關(guān)系為Vg

=

Va

+Vw

，如圖9-6所示。圖96地速、空速與風(fēng)速的關(guān)系9.6

飛行速度的測(cè)量與修正2．空速表的測(cè)量原理空速表利用伯努利原理(P

+

pV2

=

Pt

)來(lái)測(cè)量飛機(jī)的飛行空速，如圖9-7所示?？账俟苡瓪饬鞯墓芸谑占瘹饬鞯目倝?，空速管尾部的一圈小孔收集大氣的靜壓，在總壓和靜壓之間的差值就是飛行空速度所產(chǎn)生的動(dòng)壓。動(dòng)壓促使圖中的膜盒變形，帶動(dòng)指標(biāo)偏轉(zhuǎn)，就可測(cè)出飛機(jī)的速度，即V

=

必須注意的是，空速表的刻度是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定在海平面的大氣密度p0

=1.225kg/m3

且不考慮氣流可壓縮性的條件下制定的，所以只有在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣海平面且低速的情況下，空速表指示的飛行速度，

也就是指示空速或表速才等于飛行的真實(shí)速度。圖9-7空速表的原理9.6

飛行速度的測(cè)量與修正3．真實(shí)空速與指示空速之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如果忽略儀表自身存在的各種誤差，真實(shí)空速和指示空速的換算關(guān)系式為V真實(shí)

=

V表

實(shí)式中，V真實(shí)為真實(shí)空速，也就是實(shí)際的飛行速度；V表

為表速，也就是空速表指示的飛行速度；p真實(shí)

p0

分別為實(shí)際飛行與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的空氣密度。4．空速的類型與彼此間的關(guān)系根據(jù)測(cè)量與修正方法上的差異，空速可以分為指示空速、校準(zhǔn)空速、當(dāng)量空速與真實(shí)空速。(1)指示空速(IAS)。指示空速(Indicated

airspeed)又稱為表速，根據(jù)伯努利方程式按照關(guān)系式V

=

得到，也就是空速表在修正了儀表誤差后指示的速度讀數(shù)，其英文縮寫形式為IAS，用符號(hào)VI表示。為了防止飛機(jī)失速，飛行員主要依據(jù)指示空速(IAS)飛行，而在飛行手冊(cè)和使用手冊(cè)中，性能圖表上使用的速度也是指示空速。p真p09.6

飛行速度的測(cè)量與修正(2)校準(zhǔn)空速(CAS)校準(zhǔn)空速(Calibrated

airspeed)又稱為修正表速，是指示空速在經(jīng)過(guò)位置誤差

修正后的空速表指示的速度讀數(shù)，其英文縮寫形式為CAS，用符號(hào)VC

表示。由于安裝在飛機(jī)上一定位置的總、靜壓管處的氣流方向隨著飛機(jī)的具體型號(hào)和迎角而改變，影響了總、靜壓測(cè)量的準(zhǔn)確度，造成速度讀數(shù)的誤差，因此必須加以修正。校正空速(VC)與指示空速(VI

)的關(guān)系為VC

=VI

+

VP式中，VP

為位置誤差修正值，與飛機(jī)迎角、襟翼位置、地面效應(yīng)、風(fēng)向等影響因素有關(guān)。校準(zhǔn)空速(CAS)多用于表示飛行試驗(yàn)的速度，在海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，校準(zhǔn)空速等于真實(shí)空速。9.6

飛行速度的測(cè)量與修正(3)當(dāng)量空速(EAS)當(dāng)量空速(Equivalent

airspeed)是修正空氣壓縮性誤差后得到的空速，其英文

縮寫形式為EAS，用符號(hào)VE

表示?？諝鈮嚎s性(Ma

>0.3)造成的空氣密度變化，產(chǎn)生了測(cè)量空速的誤差。當(dāng)量空速(VE

)與校準(zhǔn)空速(VC

)的關(guān)系為VE

=VC

+

VC式中，VC

為空氣壓縮性誤差修正值?？諝獾拿芏炔粌H與飛機(jī)的飛行速度有關(guān)，同時(shí)也是飛行高度的函數(shù)，因此采用等熵關(guān)系式修正空氣壓縮性誤差時(shí)多以海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為計(jì)算基準(zhǔn)。這樣計(jì)算所得結(jié)果只有在海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下才會(huì)準(zhǔn)確，而其他高度則必須另外再做進(jìn)一步地修正。當(dāng)量空速(EAS)多用于表示在飛機(jī)強(qiáng)度計(jì)算中所受載荷的速度，當(dāng)飛機(jī)的指示空速低于100

m/s以及飛行高度低于6

km時(shí)，

我們可以將因?yàn)榭諝鈮嚎s性造成的空速誤差忽略不計(jì)。9.6

飛行速度的測(cè)量與修正(4)真實(shí)空速(TAS)真實(shí)空速(True

airspeed)又稱為真空速，表示飛機(jī)飛行時(shí)相對(duì)周圍空氣的速度，也就是飛機(jī)實(shí)際飛行的速度，其英文縮寫形式為TAS，用符號(hào)

VT

表示。我們根據(jù)實(shí)際飛行高度去修正當(dāng)量空速后所得的速度即為飛機(jī)實(shí)際T

EE式中，p0

與p實(shí)際飛行高度分別為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣海平面與飛機(jī)實(shí)際飛行高度時(shí)的空氣密度。我們?cè)谟懻擄w機(jī)的飛行性能時(shí)使用的空速為真實(shí)空速(TAS)。(5)綜合討論指示空速(IAS)是飛機(jī)空速表的刻度讀數(shù)，真實(shí)空速是飛機(jī)飛行的實(shí)際速度，兩者間的差異就是飛機(jī)飛行測(cè)量的空速誤差。造成飛機(jī)飛行測(cè)量空速誤差的原因有機(jī)械誤差、位置誤差、飛行速度引起的空氣壓縮性誤差，以及飛行高度引起的密度誤差。對(duì)于低空、低速飛行的輕小型飛機(jī)，我們可以將因空氣密度變化造成的空速誤差忽

略不計(jì)。但是飛行高度高于6

km與飛行速度高于100

m/s時(shí)，必須對(duì)飛行速度引起的空氣壓縮性誤差以及飛行高

度引起的密度誤差進(jìn)行修正。過(guò)去傳統(tǒng)的輕小型低速飛機(jī)一般僅裝有空速表，用于表示指示空速，而現(xiàn)代飛機(jī)上的組合型速度表則能同時(shí)指示出指示空速(IAS)和真實(shí)空速(TAS)。飛行的速度，也就是真實(shí)空速。真實(shí)空速(V

)與當(dāng)量空速(V

)的關(guān)系為=

TT00TV

pp實(shí)際飛行高度V9.7

飛機(jī)的飛行重力9.7

飛行的飛行重力飛機(jī)是重于空氣的航空器，如果重力大于升力，飛機(jī)將無(wú)法在空中飛行。在實(shí)際飛行時(shí)，飛行重力包含了空機(jī)重力、商務(wù)載重(旅客、行李、貨物與郵件的重力)與燃油重力，其中空機(jī)重力(Empty

weight)又稱為飛機(jī)的基本重力，它是指在扣除商務(wù)載重和燃油重力后，做好飛行任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)的飛機(jī)

重力，而空機(jī)重力加上燃油重力，

我們稱之為飛機(jī)的操作重力(Operatingweight)。盡管飛行重力在飛行的過(guò)程中隨著燃油的消耗等因素不斷地變化，但是為了簡(jiǎn)化飛行性能計(jì)算，通常把飛機(jī)的重力當(dāng)成已知的常數(shù)值，對(duì)不同的飛行階段，將選用不同的飛行重力。一般而言，我們?cè)诜治銎痫w性能時(shí)

使用起飛重力

，也就是飛行的最大重力；在分析著陸性能時(shí)使用著陸重力

，也就是飛行的最小重力。至于飛機(jī)的其他性能指標(biāo)分析，如果沒有特別述明，我們一般用正常飛行重力，通常是指起飛重力WTO

和著陸重力WL

的平均值：W

=(WTO

+WL

)/29.8

飛機(jī)飛行時(shí)所承受的力9.8

飛機(jī)飛行時(shí)所承受的力飛機(jī)在飛行中受到重力(W)、推力(T)、升力(L)以及阻力(D)

4種作用力的影響，其中重力是由地心引力產(chǎn)生垂直向下的力量；推力是由飛機(jī)的動(dòng)力裝置產(chǎn)生的向前驅(qū)動(dòng)力；升力主要由

飛行時(shí)空氣流經(jīng)機(jī)翼產(chǎn)生以支撐飛機(jī)的重力；阻力是氣流阻止飛機(jī)前進(jìn)的力。升力與阻力又統(tǒng)稱為

飛機(jī)的空氣動(dòng)力。當(dāng)所有外力與力矩的總和為零，我們稱之為飛機(jī)處于平衡狀態(tài)，此時(shí)飛機(jī)呈等速直線飛行。例如當(dāng)升力(L)等于重力(W)、推力(T)等于阻力(D)時(shí)，飛機(jī)在某一固定高度下做等速水平直線飛行(簡(jiǎn)稱平飛)，如圖9-8所示圖9-8飛機(jī)飛行時(shí)受力情況9.8

飛機(jī)飛行時(shí)所承受的力當(dāng)合力、合力矩之一不為0時(shí)，

我們稱