航概-飞行原理

1、航概通识飞行原理为什么要飞？何谓飞行器?为什么能飞?如何操纵飞行器?什么样的飞机是好操纵的?什么样的飞机性能是好的?为什么要飞？ 对飞行与生俱来的渴望 速度、效率 国防 对未知空间的探索 何谓飞行器？飞行器是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的大气层内或大气层外空间飞行的物体。通常 在大气层内飞行的称为航空器 在大气层外飞行的称为航天器为什么能飞？ 气球/飞艇：本身比空气轻，浮力大于重力 火箭：发动机产生推力大于重力 卫星/空间站：由火箭带至太空并获得高速，由高速带来的离心力克服地心引力 飞机/直升机：由空气动力克服重力空气动力是如何产生的？风筝Bernoulli原理与Ventur

2、i效应Bernoulli原理：流速小的地方压强大，而流速大的地方压强小。 如果向两张纸或两个很轻的球中间吹气，会发生什么？ 台风为什么能把房顶掀掉？Venturi效应：气体流速的大小与流管的截面积成反比，窄的地方流速大，宽的地方流速小。机翼相当于半Venturi，上翼面流速高于下翼面流速，上翼面压强小于下翼面。机翼的大部分升力产生于机翼前半段。典型机翼截面影响空气动力的主要因素 飞机外形与尺寸； 空气的密度与粘性； 机体的速度； 声速； 机体相对于气流的姿态（迎角）。Re数体现的是空气密度、速度、粘性及尺寸的影响M数体现的是空气压缩性的影响声速与空气密度则由大气环境决定流体微小扰动的传播速度等

3、于该流体的声速。如果物体以亚音速运动，以声速传播的压力扰动总是在物体前方传播，扰动在物体前方聚集，后方散开；物体速度接近声速时，前方聚集的扰动波越来越强，直至达到音速形成马赫波；物体速度超过声速时，物体总是行进在波的前方，所产生的所有扰动都被限在一个狭小区域内，该区域被称为马赫锥静止音速运动亚音速运动超音速运动空气压缩性超音速飞机飞过观察员上方时，观察员能看到飞机，但听不到任何从飞机发出的声音，直到飞机飞过，观察员进入马赫锥内才能听到；亚音速飞行时，观察员会在飞机飞过他之前就听到飞机的声音。超音速流中，扰动信息被限制在马赫锥内传播，来流的气流微团只有突然撞到物体表面并进入马赫锥中的时候才能感受

4、到飞机的存在，从而流体在飞机前方形成了一道激波。正激波(钝前缘)斜激波(尖锐前缘)激波将导致流动分离、升力损失和阻力增加，马赫数越大越严重，正激波更严重。所产生的阻力增量称为波阻。机翼的有效M数等于M数在垂直于前缘掠角方向的分量。M=3.2M=2.3大气环境大气层是由于地心引力而聚集在地球周围的一层混合气体。大气参数在垂直方向上变化显著(密度、温度、压强) 对流层(赤道区1618km，中纬度区1012km，南北极89km；的大气质量，几乎全部的水汽，天气变化) 散逸层(外层，大气分子向外层空间逃逸) 热层(到800km，空气密度很小，声波也难以传播。空气处于高度电离状态) 中间层(到8085k

5、m，气温随高度增加而下降，空气有相当强烈的垂直运动) 平流层(对流层之上，顶端扩展到5055km；气流平稳，能见度佳，平流层下端称同温层)大气结构大气结构对流层同温层平流层中间层热层电离层同温层堡垒迎角(AngleofAttack,AOA)几何迎角: 机翼平均气动弦线(前后缘连线)与相对气流间的夹角。有效迎角: 以机翼升力为0时为起点测量的迎角。升力的影响因素 升力系数 大气密度 飞行速度 机翼面积升力系数的影响因素 迎角 翼型 翼型弯度(增大有效迎角)升力起飞为什么要加速、抬头？阻力 表面摩擦阻力附着在飞机表面的流体剪切应力引起 压差阻力由气流分离引起 波阻由激波产生 诱导阻力气流分离导致的

6、前后压力差诱导阻力诱导阻力，又称为升致阻力，由翼尖涡引起。 机翼下表面压力高于上表面，因此翼梢附近会产生翼梢涡，该涡会增大气流的下洗。局部升力垂直于局部气流。翼梢位置的升力相对于其他位置有个阻力分量。谁的诱导阻力大？大展弦比机翼可有效降低诱导阻力鸟类的翅膀展弦比鸟鸟翅膀展弦比翅膀展弦比乌鸦5麻雀6苍鹰6鹫8银鸥10燕鸥12信天翁19飞行距离短的鸟翅膀展弦比小；飞行距离长，尤其是在水上飞行的鸟翅膀展弦比大。候鸟飞行为什么会排成”人字形”或”一字形”?此外，翼梢小翼也可有效降低诱导阻力。如何飞？(飞行原理)升力推力重力阻力升力克服重力推力克服阻力俯仰改变飞行高度滚转、偏航改变飞行方向如何产生俯仰、

7、滚转及偏航力矩？飞机操纵面 升降舵：两侧上下同向偏转，改变平尾升力，产生俯仰力矩 副翼：两侧上下差动偏转，改变两侧机翼升力，产生滚转力矩 方向舵：左右偏转，改变垂尾侧力，产生偏航力矩传统飞机大型运输机非常规布局飞机飞行员如何操纵飞机？驾驶杆 前推杆/后拉杆操纵升降舵 左右压杆操纵副翼油门杆 前推增加推力 后拉降低推力脚蹬左/右蹬操纵方向舵什么样的飞机易于操纵？不需要飞行员消耗太多精力的飞机稳定的飞机。飞机在受到扰动之后，如果自身能产生恢复力/力矩使之回到初始平衡状态，则该飞机是稳定的。稳定性静稳定性：受到扰动后是否有回到初始平衡状态的趋势。动稳定性：受到扰动后的响应过程是否稳定。稳定不稳定中立

8、稳定纵向静稳定性航向静稳定性主要由垂尾提供大M数及大迎角下随垂尾效率下降而下降，双垂尾、腹鳍超音速时随焦点后移稳定性会提高。主要由重心位置和平尾提供横向静稳定性主要由机翼上反角、前缘后掠角、机翼-机身位置提供上反角、后掠角及上单翼布局均起增稳作用，需合理布局以获得合适的横向静稳定性什么样的飞机性能好？不同类型的飞机，飞行任务不同，评判飞机性能的标准也不相同。 民用运输机：经济性好 军用运输机：载重大、能在简易跑道起飞着陆 侦察机：航时长、航程远 轰炸机：载重大、航程远 战斗机：作战效能高（机动性、敏捷性高）随着机翼设计、发动机性能及结构设计的发展，过去100余年飞机的性能得到了迅速发展。纽约-

9、洛杉矶的飞行时间协和飞机从巴黎到纽约只要3.5小时巴黎和纽约的时差是6小时载客量的变化升阻比飞行性能最重要的参数之一，展弦比越大，需用推力越小，耗油率越低，航时越久。为提高升阻比（降低阻力），采取的措施包括：翼型优化设计、增大展弦比、使用翼梢小翼类型类型升阻比升阻比滑翔机25:160:1典型客机16:1螺旋桨飞机10:115:1战斗机8:110:1航天飞机4:1在静止空气中，升阻比等于滑翔比（跨越地面的距离与高度差之比）。1984年，B767燃油耗尽，飞行员利用滑翔技术迫降成功假设B767最大升阻比为16:1，巡航高度32000ft，该飞机最远能滑翔多远？航天飞机”glideslikeabat

10、htub”常见飞机最大航程型号机内油航程最大航程Mig-1514201860Mig-2110202100Mig-2518652400Su-273680Mig-2914802900F-8614702200F-420002600F-1618253890F-1519804631型号最大航程Tu-9514000Tu-16/H-65800Tu-225000Tu-16012300B-5216000B-1B11000B-211100A34013900A38015000加大航程与航时的途径增加升阻比合理选择飞行状态(最大K或最大KM)采用更经济发动机使用副油箱空中加油起飞着陆性能以起飞、着陆距离为指标起飞（加

11、速过程）22211222LVLiftCV SWLengthata缩短起飞距离有两种途径： 提高加速度(发动机功率)增加发动机尺寸，增加重量、成本与废阻 降低起飞速度使用增升装置着陆（减速过程）着陆距离与接地速度平方成正比22TDVSa 整个着陆过程要耗散掉大量的动能接地静止212mV0降低着陆滑跑距离措施如果仅用刹车减速，重量227吨，接地速度75m/s飞机的刹车必须在半分钟内耗散掉30000马力的能量，足以把机轮融化。因此商用飞机通常不会使用最大刹车。鸭翼上偏至最大扰流板与反推力减速板为什么运输机的增阻措施较多？机型机型起飞场长起飞场长/滑跑距离滑跑距离(m)着陆场长着陆场长/着陆滑跑距离着

12、陆滑跑距离(m)A38030002100B74728201905C-172360(最大起飞重量)915(载重72吨,使用反推)C-1301573/1091838/518Rafale400(截击)/600(对地攻击)450EF2000300-Su-27450620JAS-39800800F-16396530670810机动性飞机的机动性取决于其推重比和能够达到的最大法向过载， 推重比越大，加速及爬升速度越快； 法向过载越大转弯半径越小，转弯速度越快。多数情况下，过载限制并不是由飞机决定(如结构、操纵效能限制等)，而是由飞行员(或乘客)承受极限决定；运输机的过载限制通常为2.5；战斗机的过载限制通常可达9；黑视（或灰视）抗荷服典型飞机推重比Mi