飛機空氣動力學(xué)課件：飛行過程與狀態(tài)描述

飛行過程與狀態(tài)描述《飛機空氣動力學(xué)》目錄10.3氣流與氣象對飛行活動的影響10.2機場起降模式(五邊飛行)10.4飛機飛行常用的三大坐標(biāo)10.1飛機的飛行過程10.1

飛機的飛行過程

10.1

飛機的飛行過程

飛機完成一次飛行任務(wù)要經(jīng)歷起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)場和著陸等過程，如圖10-1所示，飛行過程中飛行姿態(tài)與運動狀態(tài)有所不同圖10-1飛機飛行過程

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飛機的飛行過程

1．起飛過程飛機從靜止、開始滑行(Taxi)、離開地面、上升到安全高度的運動過程，叫作起飛(Takeoff)過程?，F(xiàn)代噴氣式飛機的起飛過程包含地面加速滑跑、離地、加速爬升3個階段，如圖10-2所示。根據(jù)統(tǒng)計，起飛與著陸離地最近且大氣的氣候條件變化最為劇烈，所以是飛行意外發(fā)生最多的兩個過程。圖10-2飛機起飛過程

10.1

飛機的飛行過程

起飛過程中，飛機先滑行到起飛線，剎住機輪，襟翼放到起飛位置，并使發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加到最大值，然后松開剎車，飛機在推力作用下開始加速滑跑。當(dāng)滑跑速度達(dá)到一定數(shù)值時，飛行員向后拉駕駛桿，抬起前輪，增大迎角，飛機只用兩個主輪繼續(xù)滑跑，機翼的升力隨著滑跑速度的增加而增大。當(dāng)其值等于重力時，飛機便離開地面，加速爬升。當(dāng)飛機上升到10~15m高度收起起落架，上升到25m高度后起飛階段結(jié)束。起飛過程各階段經(jīng)歷的水平距離總和，稱為起飛距離。起飛距離越短越好，這樣可以減少跑道的長度，從而降低建筑機場的費用，而起飛距離與重力(包含飛機自身的重力、裝載量以及加油量)、發(fā)動機的推力、大氣條件、跑道狀況以及增升裝置的使用有密切的關(guān)系。

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飛機的飛行過程

現(xiàn)代民用客機為了安全起見，都使用雙發(fā)或更多發(fā)動機。起飛過程難免發(fā)生發(fā)動機故障，這時必須觀察飛機的速度，以決定是否中止起飛過程，我們稱此速度為飛機的起飛決斷速度(Take-off

decision

speed)V1如果速度大于V1

，飛行員不能中斷起飛，待先起飛后再處理故障帶來的問題。因為一旦中斷起飛，飛機的剎車無法使其在有限跑道長度內(nèi)停止而容易沖出跑道。如果速度小于則必須放棄起飛。如圖10-3所示。VEF

—發(fā)動機失效時速度；V1

—起飛決斷速度；VR

—仰轉(zhuǎn)速度；VLO

—升空速度圖10-3飛機起飛過程中發(fā)動機失效處置方式

10.1

飛機的飛行過程

2．爬升過程起飛過程結(jié)束后，

逐步升高到一定預(yù)定高度(巡航高度，Cruisingaltitude)的過程，稱為爬升(Climb)

過程。飛機的爬升方式有兩種：一種是以固定的角度持

續(xù)爬升達(dá)到預(yù)定高度，另一種是階段式爬升，也就是飛機爬升到一定高度后，即以水平飛行的方式來增加速度，然后再爬升到下一個高度，經(jīng)過幾個階段后爬升到預(yù)定高度。以固定的角度持續(xù)爬升方式的好處是節(jié)省時間，但發(fā)動機所需的功率大，燃料消耗大。使用階段式爬升

方式的好處是爬升過程中的升力隨著速度的增加而增加，而且燃油的消耗使得飛機的重力不斷降低，這種方式最節(jié)省燃料，如圖10-4所示。圖10-4飛機起飛過程中發(fā)動機失效處置方式

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飛機的飛行過程

3．巡航過程飛機的巡航(Cruise)過程是指飛機完成起飛與爬升過程后進(jìn)入預(yù)定高度的飛行過程。飛行的大部分時間都處于這個過程中，并保持在一定的飛行高度。飛機達(dá)到預(yù)定高度后，飛行員收小油門，降

低迎角，使飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)為水平等速，我們稱之為平飛。理論上，在沒有受到氣候變化或者其他因素影響假設(shè)下，飛行員可以按照選定的航線保持特定的速度和姿態(tài)飛行。最為經(jīng)濟的速度，

就是巡航速度，如圖10-5所示。圖10-5飛機巡航過程

10.1

飛機的飛行過程

巡航過程是飛行時間最長的過程，飛行員只需進(jìn)行必要的監(jiān)控，這個過程中的

飛行事故率相對較低。依據(jù)執(zhí)行任務(wù)的需求，巡航速度可分成遠(yuǎn)航速度和久航速度。遠(yuǎn)航速度(Maximum

travel

range

speed)是指每單位千米耗油量最小的平飛速

度，也就是航程最遠(yuǎn)的巡航速度，而久航速度(Maximum

travel

time

speed)則

是指每單位時間耗油量最小的平飛速度，也就是可以獲得最長航時或滯空時間最長的巡航速度。任務(wù)要求不一樣，飛行員選定的巡航速度也就不一樣，而且巡航速度也并不是唯一的固定值，它隨著飛機重力(裝載量與燃油量)、飛行距離、經(jīng)濟性以及任務(wù)需求等改變。

10.1

飛機的飛行過程

4．下降過程下降(Descent)是指飛機接近目的地時，從巡航高度開始下降，最后到達(dá)進(jìn)場高度或指示其空中待命的空

域為止，這個飛行過程稱為下降，如圖10-6所示。飛機在機場上空由地面管制人員指揮對準(zhǔn)跑道(Runway)準(zhǔn)備著陸的飛行階段稱為進(jìn)近或進(jìn)場(Approach)階段。跑道方向是固定的，而飛機從四面八方接近機場，這時必須按照空中交通管制中心規(guī)定的下滑線進(jìn)場著陸，因此有些飛機得先圍場轉(zhuǎn)圈，待調(diào)整好方向后才能對準(zhǔn)跑道進(jìn)場著陸。有時下滑線和跑道被占用，著陸飛機就得接受空中交通管制部門的指揮，盤旋等待按照順序著陸。機場上空如果天氣不佳，能見度偏低，飛機也會在機場上空轉(zhuǎn)圈等待，直到接到空中交通管制部門允許著陸的命令，才能調(diào)整方向進(jìn)場著陸。

等待進(jìn)場的飛行階段稱為空中待命(Holding)。圖10-6飛機下降過程

10.1

飛機的飛行過程

5．著陸過程飛機的著陸過程主要由下滑、拉平、平飛減速、飄落觸地和地面減速滑跑5個階段組成，從下滑直到完全停止為止經(jīng)過的距離稱為著陸距離，如圖10-7所示。圖10-7飛機著陸過程

10.1

飛機的飛行過程

飛機在降落前在大約離地300m的高度放下起落架，在200m左右的高度放下襟翼，轉(zhuǎn)入下滑狀態(tài)，同時發(fā)動機轉(zhuǎn)速減小到最小轉(zhuǎn)速。接近地面6~7m時，飛行員將駕駛桿向后拉使得飛機轉(zhuǎn)入平飛狀態(tài)，并開始平飛減速。這個階段的飛機迎角不斷增加，讓升力等于重力使其不斷減速，當(dāng)迎角增加到最大迎角時，隨著飛機速度降低，

升力小于重力，飛機下沉而逐漸觸地，這就是飄落觸地階段。飄落時機輪觸地的瞬間速度就是觸地速度，如果觸地速度過大，可能造成起落架和機體受力結(jié)構(gòu)損壞，也會使得著陸距離過長，導(dǎo)致飛機沖出跑道的事故發(fā)生，所以這個速度越小越好。飛機在機輪觸地后即轉(zhuǎn)成地面滑跑階段，由于空氣阻力、地面摩擦力以及機輪剎車等作用，滑跑速度不斷減小，直到完全停止運動，整個著陸過程就告結(jié)束。為了縮短著陸距離，可采用增升裝置以降低觸地速度，滑跑的階段也使用擾流板(阻力板)、反推力裝置(噴氣式飛機)、反槳裝置(螺旋槳飛機)與剎車等裝置來減少距離。

10.1

飛機的飛行過程

6．盤旋與重飛(1)盤旋的定義與執(zhí)行時機所謂盤旋(Circling)是指飛機在著陸前，

為了安全降落在水平面所做的等速圓周飛行動作。通常飛機會為了滿足航情需求、氣候條件以及飛行安全等而執(zhí)行盤旋。①航情需求：有的時候，著陸的飛機很多，但是下滑線和跑道被占用，所以必須盤旋等待空中交通管制部門的指揮按順序著陸。當(dāng)然飛機在起飛時，也需要盤旋調(diào)整方向以便朝既定的航向飛行。②氣候條件：如果機場上空天氣不佳或能見度偏低，飛機必須在機場上空盤旋等待，直到接到空中交通管制部門允許著陸的命令，才調(diào)整方向進(jìn)場著陸。如果飛行員在持續(xù)等待后仍然無法降落，就必須轉(zhuǎn)往其他備降的機場。③飛行安全要求：除了直升機或特殊戰(zhàn)斗機，一般的飛機多半無法停留在空中的定點，只能依靠盤旋來爭取時間。當(dāng)飛機準(zhǔn)備動作沒有全部完成，不能繼續(xù)進(jìn)場程序時，飛行員會向航管要求繼續(xù)盤旋。如果重力增加，飛機著陸時必須達(dá)到的空氣動力要求也會跟著提高

10.1

飛機的飛行過程

(2)重飛的定義與執(zhí)行時機重飛(Go-around或Missed

approach)是指飛機在即將著陸前，出于飛行安全考慮，將機頭

拉起重新起飛的動作。如果飛機著陸觸地后再行重飛，則此重飛動作稱為觸地重飛(Touchandgo)，觸地重飛動作在訓(xùn)練飛行及特技飛行時使用。通常飛機因為航管指示與機師要求等因素導(dǎo)致無法安全落地而執(zhí)行重飛動作。①航管指示如果在著陸時，空中交通管制部門發(fā)現(xiàn)該飛機與前方降落或起飛的飛機間隔不足，或者跑道上有其他飛機或障礙物，認(rèn)為該飛機無法安全落地，就會要求飛行員執(zhí)行重飛的動作。②機師要求如果在著陸時，機場上空的能見度低于可著陸的最低標(biāo)準(zhǔn)或者側(cè)風(fēng)過大、低空風(fēng)切，以及遇到突如其來的系統(tǒng)失效等機械故障問題時，飛行員認(rèn)為現(xiàn)階段無法將安全降落，會以無線電聯(lián)絡(luò)空中交通管制部門報告重飛，并在指定的空域待命以再度取得航管頒發(fā)進(jìn)場降落許可。

10.1

飛機的飛行過程

【例10-1】試寫出Taxi、Takeoff、Climb、Cruise、

Descent、Approach、

Landing

以及Go-around的中文意思并說明代表的含義【解答】(1)Taxi的中文意思為滑行，它是指飛機在起飛或著陸過程中加速或減速滑跑的動作。(2)Takeoff的中文意思為起飛，它是指飛機從靜止開始滑行至離開地面并且上升到安全高度的加速運動過程。(3)Climb的中文意思為爬升，它是指飛機從起飛過程結(jié)束后，逐步升高到巡航高度的過程。(4)Cruise的中文意思為巡航，它是指飛機爬升到預(yù)定高度后，保持水平等速飛行狀態(tài)的飛行過程。(5)Descent的中文意思是下降，它是指飛機接近目的地時，巡航高度開始漸漸減低，最后到達(dá)進(jìn)場高度或指示其待命空域的飛行過程。(6)Approach的中文意思是進(jìn)場，它是指飛機在機場上空由地面管制人員指揮對準(zhǔn)跑道準(zhǔn)備著陸的飛行階段。(7)Landing的中文意思是著陸，它是指飛機自進(jìn)場階段至觸地后靜止的飛行過程。(8)Go-around的中文意思是重飛，它是指飛機在即將著陸觸地前，因飛行安全的緣故，將機頭拉起重新起飛的飛行動作。10.2

機場起降模式(五邊飛行)

10.2

機場起降模式(五邊飛行)

飛機在機場的起降過程必須按照一定的航線飛行，

這種飛行航線叫作起降航線。飛機的起降航線由5段組成，每一航段稱為一個邊，在機場起降的飛行模式稱為五邊飛行(Airfieldtrafficpattern)，如圖10-8所示。除了特大型的機場，所有的機場都使用五邊飛行的起降模式來確保安全與順暢。圖10-8五邊飛行起降模式

10.2

機場起降模式(五邊飛行)

標(biāo)準(zhǔn)的五邊飛行模式是逆時針方向，但是為了應(yīng)付各種障礙，避開山丘或者減少對當(dāng)?shù)鼐用裨肼暎槙r針方向的五邊飛行模式也可以存在。飛機在機場起降時，地面的空中交通管制員(塔臺管制員)指示飛行員如何進(jìn)入或離開這個模式。五邊飛行模式必須在特定的飛行高度執(zhí)行，通常為240~350m。五邊飛行是飛機起降的必須遵循的飛行模式，所以它是飛行員飛行訓(xùn)練中必須學(xué)習(xí)的重要課程。在此訓(xùn)練課程中，飛行員可以學(xué)習(xí)起飛、爬升、轉(zhuǎn)向、平飛、下降及著陸等重要的飛行技巧。10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

大氣層的氣流與氣象條件可能對飛行性能與穩(wěn)定度造成影響，最直接影響飛機操作和飛行安全的航空氣象因素，大致可歸納為風(fēng)、云、雨、雪、冰、雹、空氣密度、大氣濕度和其他顯著天氣危害如濃霧引起的低能見度以及飛機穿過云層積冰等。1．風(fēng)對飛機飛行的影響大氣氣候所造成空氣的流動，我們稱之為風(fēng)(Wind)，風(fēng)的流動速度則稱為風(fēng)速(Wind

speed)。如果依照風(fēng)作用時間的長短來做區(qū)分，一般可以將其分成陣風(fēng)與穩(wěn)定風(fēng)。(1)陣風(fēng)對飛機飛行的影響①

陣風(fēng)的定義在飛機飛行環(huán)境中，大氣層內(nèi)空氣短時間強烈對流產(chǎn)生的擾動稱為陣風(fēng)。迎頭或從飛機后面吹來的與飛機飛行方向平行的陣風(fēng)，我們稱為水平陣風(fēng)，從側(cè)面吹來的陣風(fēng)叫作側(cè)向陣風(fēng)，而由下向上或由上向下吹來的垂直飛行方向的陣風(fēng)則稱為垂直陣風(fēng)。陣風(fēng)會暫時與瞬間地改變飛機的飛行速度與迎角，從而改變作用在飛機上的空氣動力，使得飛機產(chǎn)生顛簸并承受較大的氣動力負(fù)載。

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

②陣風(fēng)對飛行的影響水平陣風(fēng)只改變來流的速度，陣風(fēng)速度不是很大時對飛機的飛行影響較小。側(cè)向陣風(fēng)會破壞飛機側(cè)向氣動

力的平衡，

導(dǎo)致飛機側(cè)滑，造成飛機左右搖晃。一般而言，除了起飛與下降過程外，側(cè)向陣風(fēng)對飛機的飛行影響不大，而垂直陣風(fēng)不但改變飛機的速度，還影響飛行迎角。對于小速度大迎角的飛行而言，

如果遇到速度較大的垂直向上的陣風(fēng)，飛機的飛行迎角可能瞬間增大到臨界迎角，

造成失速(Stall)，如圖10-9所示。綜上可知，在相同的風(fēng)速的情況下，垂直陣風(fēng)對飛行造成的影響會比水平陣風(fēng)的影響來得大。圖10-9垂直陣風(fēng)對飛行迎角的影響

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

(2)穩(wěn)定的風(fēng)場對飛機飛行的影響①

順逆風(fēng)向?qū)︼w機起飛和著陸的影響風(fēng)向?qū)︼w機起飛和著陸的影響主要表現(xiàn)在起飛與著陸的距離。a.順逆風(fēng)的定義：如圖10-10所示，所謂順風(fēng)(Downwind)是指風(fēng)的流動方向與飛機的飛行的方向相同，而逆風(fēng)(Upwind)則是指風(fēng)的流動方向與飛機的飛行方向相反。飛機在起飛與著陸的過程中，如果沿著跑道的方向有風(fēng)，一般應(yīng)該逆風(fēng)。(a)順風(fēng)

(b)逆風(fēng)圖10-10順、逆風(fēng)定義

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

b.逆風(fēng)起飛和著陸的用意飛機順風(fēng)時，相對氣流的速度與風(fēng)的速度呈抵消關(guān)系，相對風(fēng)的速度減小，如圖10-11(a)所示。反之如果在逆風(fēng)的情況下，來流的速度與風(fēng)的速度呈迭加關(guān)系，相對風(fēng)的速度增加，如圖10-11(b)所示。逆風(fēng)起飛可以使飛機以較短的滑跑距離達(dá)到要求的空速，獲得起飛時所需要的升力，這就是俗話說“逆風(fēng)高飛”的原因。飛機采用逆風(fēng)著陸，則可以增加阻力，減少著陸時滑跑距離(a)順風(fēng)

(b)逆風(fēng)圖10-11順逆風(fēng)時相對氣流速度變化

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

②

順逆風(fēng)飛行對航時的影響飛機在高空飛行時，風(fēng)對飛行的影響主要表現(xiàn)在燃油重力和商載重力的調(diào)整。飛機在順風(fēng)時地速等于來流的速度加上風(fēng)速，而在順風(fēng)時地速等于來流的速度減風(fēng)速，所以逆風(fēng)飛行從甲地到乙地花費的航時較長，需要更多的油料，相對地就要減少商務(wù)載重，從而成本效益降低。③

側(cè)風(fēng)時對飛機起飛和著陸的影響起飛著陸時，側(cè)風(fēng)使飛機產(chǎn)生漂移，偏離跑道或機體產(chǎn)生傾斜，危及飛行安全，

如圖10-12所示。(a)起飛(b)下降圖10-12側(cè)風(fēng)時對起飛和著陸影響

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

(3)低空風(fēng)切對飛機飛行的影響風(fēng)切變(Wind

shear)是一種大氣現(xiàn)象，它是風(fēng)速

在水平和垂直方向的突然變化。國際航空界公認(rèn)低空風(fēng)切變威脅最大，它不僅使飛機航跡偏離，而且可能使飛機失去穩(wěn)定。低空風(fēng)切(Low

altitude

wind

shear)是指離地約

500

m高度以下風(fēng)速在水平和垂直方向的突然變化，

致使飛機的姿態(tài)和高度發(fā)生突然變化，在低高度時，其造成的影響有時是災(zāi)難性的，因此是飛機起飛和著陸階段的重要危險因素之一，如圖10-13~圖10-14所示。圖10-13低空風(fēng)切的外觀(b)著陸圖10-14低空風(fēng)切對飛機起降影響(a)起飛

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氣流與氣象對飛行活動的影響

(4)晴空亂流對飛機飛行的影響對流層頂附近溫度與風(fēng)向風(fēng)速的變化之大，使飛入其中的飛機受上、下對流垂直運動氣流影響，機身起伏不定，乘客感覺不舒適、暈機嘔吐。對流層頂常出現(xiàn)強烈風(fēng)切，為亂流之所在，由于晴朗無云，所以稱為晴空

亂流(Clear-air

turbulence)。晴空亂流因為沒有明顯的原因及征兆，再加上天氣晴朗并無微?？晒庀罄走_(dá)偵測，所以極難預(yù)防及防范。飛行員在起飛前，必須從航空氣象人員提供的氣象圖表數(shù)據(jù)中，預(yù)知亂流的位置和高度，以規(guī)避亂流區(qū)域，必要時還可改變飛行高度，使飛行平穩(wěn)與安全。2．云層對飛機飛行的影響機場上空的云層過低會影響飛行員按正常規(guī)定進(jìn)行目測著陸。在穿過云層時，如果飛行員來不及進(jìn)行目測修正和精確目測，會導(dǎo)致飛機對不準(zhǔn)跑道著陸。另外，溫度下降會使云中所含水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)而形成積雨云，造成閃電、打雷等自然現(xiàn)象，而且穿過云層時，飛機還可能產(chǎn)生積冰的現(xiàn)象。積冰可能造成飛機的氣動性能變壞，穩(wěn)定性和操縱性變差，發(fā)動機可能工作不正?；蝻w行儀表失靈，這些都危及飛行的安全。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

3．雨、雪、冰、雹對飛機飛行的影響降水是云霧中的水滴或冰晶降到地面的現(xiàn)象，通常指雨、雪、冰、雹等。在飛機起飛和著陸的過程中，降水改變了滑行階段的摩擦系數(shù)，從而改變滑行距離。根據(jù)降水與否和降水的程度也就是道面條件來區(qū)分，跑道分為干跑道、濕跑道和污染跑道3種類型；根據(jù)污染物對飛行性能的影響，跑道上的污染物分為硬質(zhì)污染物與軟質(zhì)(液態(tài))污染物兩種類型。(1)跑道的類型①干跑道

(Dryrunway)屬于飛機可以正常起降的跑道，它是指在飛機起降的需用距離和寬度范圍內(nèi)的表面上沒有污染物或可見潮

濕條件的跑道。對于經(jīng)過鋪設(shè)或建筑，帶有溝槽或具有多孔摩擦材料處理，即使在有濕氣的情況下也能保持“有效干”的剎車效應(yīng)的跑道也可以認(rèn)定是干跑道。②濕跑道(Wet

runway)是指表面覆蓋有厚度等于或小于3mm的水，或者當(dāng)量厚度等于或小于3mm的融雪、濕雪、干雪以及跑道表面雖有濕氣但是沒有積水時的跑道。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

③污染跑道是指飛機起降的需用距離的表面上可用部分長×寬超過25%的面積(單塊或多塊區(qū)域之和)有

超過3

mm深的積水，或當(dāng)量厚度超過3

mm的融雪、濕雪、干雪或者被壓緊的雪、冰等污染物的跑道。(2)跑道上污染物的類型如果因為降水太大或道面排水不良引起跑道積水，則在飛機輪胎與道面之間有一層極薄的水膜，使摩擦力

顯著減小，從而使飛機著陸的滑跑距離增大，造成所謂的滑水現(xiàn)象(Water

skiing)；對于結(jié)冰跑道，摩擦系數(shù)不僅減小并且方向也不好掌握；對于積雪跑道，飛機不能起飛著陸。根據(jù)跑道的道面條件的定義，這些污染物分為硬質(zhì)污染物與軟質(zhì)(液態(tài))污染物。硬質(zhì)污染物，例如壓實的雪或冰等，只影響飛機的減速能力，對加速能力并沒有影響。軟質(zhì)(液態(tài))污染物，例如融雪、厚度大于3mm的積水、濕雪和干雪等，同時影響飛機的加速、減速能力。跑道積水厚度或當(dāng)量厚度的融雪、濕雪和干雪等污染物超過13mm時，飛機就不可以起降。4．大氣的密度對飛機飛行的影響實驗與理論證明，飛機的起飛距離隨著大氣密度的減少而增加，所以在設(shè)計機場時，高海拔機場需要較長的跑道，以備起飛之需。此外，在相同高度，大氣的密度會隨著溫度的增加而減少，所以在同一機場不考慮風(fēng)向的狀況下，夏天起飛所需的跑道長度會比冬天的來得長。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

5．大氣的濕度對飛機飛行的影響(1)大氣濕度的定義空氣有吸收水分的特征，濕度的概念是指大氣的潮濕程度，也就是大氣的空氣中含有多少水蒸氣。大氣濕度的表示可分為含濕量、絕對濕度以及相對濕度：含濕量表示大氣的空氣(濕空氣)中水蒸氣的質(zhì)量與干燥空

氣(干空氣)質(zhì)量的比值；絕對濕度表示每立方米的大氣空氣(濕空氣)中包含的水蒸氣的質(zhì)量；相對濕度表

示大氣空氣中的絕對濕度與相同溫度和氣壓下的飽和絕對濕度的比值，以百分比表示。在航空界，通常用相對濕度來表示大氣濕度。當(dāng)相對濕度達(dá)到100%時，說明大氣空氣中含有的水蒸氣量達(dá)到了最大值。此時，水蒸氣處于飽和狀態(tài)，水蒸氣開始凝結(jié)，從而形成云、霧、雨、雪等氣象現(xiàn)象，此時的大氣溫度稱為露點溫度。(2)濕度對飛行的影響

含有水蒸氣的空氣密度比干燥空氣小，濕度越大，表示空氣中含水蒸氣越多，所以大氣空氣的密度越小，越影響飛機的空氣動力與推力，對起飛性能也產(chǎn)生影響。飛機在潮濕天氣起飛時，需要的跑道長度要比干燥天

氣的長。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

【例10-2】試解釋相對濕度的定義【解答】所謂相對濕度是以百分比表示大氣空氣中水蒸氣的質(zhì)量與相同溫度和氣壓下大氣空氣中所含水蒸氣最大質(zhì)量的比值。航空界通常用相對濕度表示大氣濕度。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

【例10-3】試解釋露點溫度的定義【解答】所謂露點溫度是指大氣空氣的相對濕度達(dá)到100%時的溫度，也就是大氣空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始凝結(jié)的溫度。

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氣流與氣象對飛行活動的影響

6．濃霧與低能見度對飛機飛行的影響所謂能見度是指正常視力者能看清目標(biāo)輪廓的最大水平距離。對飛行員來說，最重要的是跑道能見度(著陸能見度)，它是指飛機在下降著陸過程中飛行員能看

清跑道近端的最遠(yuǎn)距離。影響能見度的因素很多，但能見度主要受大氣透明度(如

云、霧、煙、沙塵及水滴等直接影響著大氣的透明狀況)與夜間的燈光強度等影響。然而在任何天氣條件下，飛行員在近場時都必須能看清跑道。由于濃霧會影響人類肉眼所能看到的距離，目前機場和飛機上都裝有完善的導(dǎo)航儀器來輔助飛機起降，同時由航空氣象單位提供濃霧所引起的低能見度數(shù)據(jù)。如果能見度低于起降天氣標(biāo)準(zhǔn)，機場將關(guān)閉；等待濃霧消散，能見度轉(zhuǎn)好，機場再度開放，確保飛機航行安全。

10.3

氣流與氣象對飛行活動的影響

7．飛機積冰對飛機飛行的影響飛機飛經(jīng)冷卻的云層或云雨區(qū)域時，機翼、機尾、螺旋槳或其他部分常積聚冰晶，而在氣溫為0~9.4OC的高空飛行時機體上最容易結(jié)冰。飛機結(jié)冰會增加機體重力；機翼與尾翼積冰可能造成飛機的氣動性能變壞、穩(wěn)定性和操縱性變差；飛機的螺旋槳或噴氣發(fā)動機進(jìn)氣口積冰可能使動力裝置失去動力；飛機的剎車及起落架結(jié)冰，可能對其正常操作造成損害；飛機的儀表與天線積冰，可能使測量信號失真。雖然現(xiàn)今的飛機本身已有加溫系統(tǒng)可克服上述問題，但是仍然必須盡量避開結(jié)冰區(qū)域以防止加溫不及時而瞬間結(jié)冰，從而造成飛行危險的可能。10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

描述飛機的運動狀態(tài)的坐標(biāo)系統(tǒng)大致可以分成固定坐標(biāo)系統(tǒng)、體坐標(biāo)(機體坐標(biāo))系統(tǒng)與風(fēng)坐

標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)，通常單獨使用某一系統(tǒng)或者采用系統(tǒng)與系統(tǒng)間的關(guān)系，說明飛機的姿態(tài)、航跡與氣動力的變化。1．使用原則一般而言，要確定飛機相對于地面的位置，就必須采用固定坐標(biāo)系統(tǒng)表示；要研究飛機的飛行控制問題，就必須采用體坐標(biāo)(機體坐標(biāo))系統(tǒng)表示；要探討飛機的空氣動力特性，就必須采用風(fēng)坐標(biāo)

(速度坐標(biāo))

系統(tǒng)來表示；要描述飛行姿態(tài)變化與航跡變化，則必須分別使用體坐標(biāo)(機體坐標(biāo))系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之

間的關(guān)系以及風(fēng)坐標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系來表示；要了解飛機的空氣動力的變化情形，則必須使用體坐標(biāo)(機體坐標(biāo))系統(tǒng)與風(fēng)坐標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)之間的關(guān)系來表示。

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

2．坐標(biāo)系統(tǒng)介紹(1)固定坐標(biāo)(Og

Xg

Yg

Zg

，F(xiàn)ixed

coordinate)，又稱為地面坐標(biāo)(Ground

coordinate)或慣性坐標(biāo)

(Inertial

coordinate)，它使用地面的固定位置或者觀察基準(zhǔn)畫出直角坐標(biāo)。原點(Og

)取自地面上的某一個固定點，以O(shè)g

Yg軸為垂直軸，向上為正，畫出兩個在水平面內(nèi)相互垂直的軸，也就是縱軸(Og

Xg

軸)與橫軸(Og

Zg

軸)，其中縱軸(Og

Xg

軸)指向水平面某一選定方向，如圖10-15所示。地面坐標(biāo)常用于指示飛機的方位、短距離導(dǎo)航與航跡控制。圖10-15固定直角坐標(biāo)

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

(2)體坐標(biāo)(OXb

Yb

Zb

，Bodycoordinate)，又稱為機體坐標(biāo)，它是以飛機的本身為觀察基準(zhǔn)，坐標(biāo)的原

點

取自于飛機的重心(或質(zhì)心)，

而從原點至機頭的連

線是飛機的設(shè)計軸。如果不考慮機翼安裝角，也就是假設(shè)機翼安裝角為0

，飛機設(shè)計軸的方向就是機翼弦線的延長線指向機頭的方向(縱軸)為正，并以縱軸(OXb

軸)為基準(zhǔn)畫出直角

坐標(biāo)。以O(shè)Yb

軸為垂直軸，向下的方向為正，并以O(shè)Zb

軸為橫軸，指向飛機右側(cè)的方向為正，如圖10-16所示。體坐標(biāo)常用于描述飛機的氣動力矩與繞著飛機的重心 (質(zhì)心)的轉(zhuǎn)動情形。圖10-16機體坐標(biāo)

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

(3)風(fēng)坐標(biāo)(OXw

Yw

Zw

，Wind

coordinate)，又稱為氣流坐標(biāo)或速度坐標(biāo)，它和體坐標(biāo)一樣是以飛機的本身為觀察基準(zhǔn)而畫出的直角坐標(biāo)。其原點O仍取自于飛機的重心(或質(zhì)心)，并且使用與飛行速度方向平行的直線為縱軸，以飛行速度的方向為正。根據(jù)相對運動原理，飛行的速度與來流方向平行，而此兩者大小相等、方向相反，所以這種坐標(biāo)系統(tǒng)稱為風(fēng)坐標(biāo)或速度坐標(biāo)。以縱軸(OXw

軸)為基準(zhǔn)軸，以O(shè)Zw軸為垂直軸，向下的方向為正，并以O(shè)Yw

軸為橫軸，指向飛機右側(cè)的方向為正，畫出的直角坐標(biāo)即為風(fēng)坐標(biāo)，如圖10-17虛線箭號所示。在圖中，風(fēng)坐標(biāo)的橫軸與體坐標(biāo)的橫軸，也就是OZw

軸與OZb軸，兩者彼此重合。風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)(速度坐標(biāo))常用于描述飛機的氣動力。圖10-17風(fēng)坐標(biāo)與體坐標(biāo)

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

3．飛機的運動參數(shù)介紹在航空界，通常采用體坐標(biāo)系統(tǒng)和風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系來描述飛機飛行姿態(tài)與航跡的變

化情形。(1)姿態(tài)角飛機的姿態(tài)角是由體坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)(地

面坐標(biāo)系統(tǒng))之間的關(guān)系來確定的，它們之間的夾角就是飛機的姿態(tài)角(Attitude

angle)，又稱為歐拉角 (Euler

angle)。描述飛機姿態(tài)角的有俯仰角、偏航角以及滾轉(zhuǎn)角，

如圖10-18所示。圖10-18飛機姿態(tài)角

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

①

俯仰角體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)與地平面(固定坐標(biāo)的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之

間的夾角，稱為俯仰角(Pitching

angle)，用符號θ表示，以飛機抬頭的方向為正。②

偏航角體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)在地平面的投影與固定坐標(biāo)Og

Xg

軸之間的夾角，稱為偏航角(Yawing

angle)，又稱方位角(Track

azimuth

angle)，用符號φ表示，以右偏航的方向為正。③

滾轉(zhuǎn)角體坐標(biāo)的垂直軸(OYb

軸)與包含縱軸(OXb

軸)的垂直平面之間的夾角，稱為滾轉(zhuǎn)角(Rolling

angle)，用符號表示，以右滾轉(zhuǎn)的方向為正。

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

(2)航跡角飛機的航跡角由風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)(地面坐標(biāo)系統(tǒng))之間的關(guān)系確定。它們之間的夾角就是飛機的航跡角(Flightpathangle)，航跡角和姿態(tài)角定義相似，只不過將機體坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系改為風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系。描述飛機航跡角的有航跡傾斜角、航跡方位角以及航跡滾轉(zhuǎn)角，如圖10-19所示。圖10-19飛機航跡角

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

①

航跡傾斜角風(fēng)坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)與地平面(固定坐標(biāo)的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之間的夾角，稱為航跡傾斜角(Track

inclination

angle)，用符號γ表示，以飛機向上飛時為正②

航跡方位角風(fēng)坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)在地平面的投影與固定坐標(biāo)軸OgXg之間的夾角，稱為航跡方位角(Track

azimuthangle)，用符號表示，以風(fēng)坐標(biāo)縱軸在地平面的投影向右偏轉(zhuǎn)的方向為正③

航跡滾轉(zhuǎn)角風(fēng)坐標(biāo)的垂直軸(OYw

軸)與包含縱軸(OXw

軸)的垂直平面之間的夾角，稱為航跡滾轉(zhuǎn)角(Track

rolling

angle)，用符號表示，以飛機向右傾斜的方向為正。

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

4．飛機飛行的氣動角飛機飛行的氣動角是指體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)之間的角度，也就是飛機和相對氣流之間的角度，亦即在第9章的內(nèi)容中介紹的迎角與側(cè)滑角，如圖10-20所示。圖10-20飛機氣動角(體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)關(guān)系)

10.4

飛機飛行常用的三大坐標(biāo)

(1)迎角不考慮機翼安裝角，也就是假設(shè)機翼安裝角為0的情況下，飛行速度向量在飛機對稱面(OXb

Yb

)上的投影與體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)之間的夾角，稱為迎角(Angle

of

attack，AOA)，用符號表示，并以體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)的速度向量在飛機對稱面上投影的上方為正。從迎角的定義，我們可以知道迎角就是體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)與速度坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)在飛機對稱面(OXb

Yb

)投影的夾角。根據(jù)迎角、俯仰角9以及航跡傾斜角的定義，可以得到=9?(2)側(cè)滑角所謂側(cè)滑角(Sideslip

angle)就是體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)與速度坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)之間的夾角，以

飛行速度(相對氣流)在飛機對稱面(OXb

Yb

)的右邊為正。依據(jù)側(cè)滑角、偏航角(方位角)以及航跡方位角的定義，可以得到

=X?Q5．體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)重合的時機從前面的內(nèi)容可以知道，飛機