北航13年12月课程考试《航空航天概论》考核要求作业

北航 13 年 12 月课程考试航空航天概论考核要求 1. 飞机的气动布局形式有哪些？请简述各布局形式的特点。 （20 分） 气动布局形式是气动布局设计中首先需要考虑的问题。目前飞机设计中主要采用的包 括 以下几种： 常规布局； 鸭式布局； 变后掠布局； 三翼面布局； 无平尾布局； 无垂尾布局； 飞翼布局 1 常规布局：自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾 翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经 常采用的气动布局，因此称之为“常规布局” 。 2 无尾布局：通常说的“无尾布局 ”，是指无水平尾翼，垂直尾翼还是有的。这种布 局，在第二次世界大战时就开始实用了。德国的火箭动力战斗机 Me163 就是这种布 局。60 年代采用这种布局的飞机比较多，如法国的“幻影 ”、美国的 F 102、F 106、英国的“火神”式轰炸机等。在无尾布局的飞机上，副翼兼顾了平 尾的作用。省去了平尾，可以减少飞机的重量和阻力，使之容易跨过音速阻力突增区， 其缺点主要是起降性能差。 无尾布局的飞机高空高速性能好，适合做截击机用。但其 低空区音速机动性能差，不符 合现代飞机发展趋势，正逐渐被鸭式布局所取代。 3 鸭式布局 ：鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。早在二战前，前 苏联已经发现如 果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，就可以用较小的翼面来达到 同样的操纵效能，而且 前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯 仰力矩多数情况下会产生负升力。早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子， “鸭式布局”由 此得名。采用鸭式布局的飞机的前翼称为“鸭翼” 。战机的鸭翼有两种，一种是不能操 纵的，其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼的前缘涡流，改善飞机大迎角状态 的性能，也有利于飞机的短矩起降。真正有可操纵鸭翼的战机目前有欧洲的 EF2000、法国的“阵风” 、瑞典的 JAS39 等。这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外， 还用于改善跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力、有利于超音 速 空战。在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减速板的作用。据称，俄罗斯下 一代 的飞机也考虑使用鸭式布局。 4 三翼面布局 ：在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为 “三翼面 布局” 。俄罗斯的苏34、苏35 和苏37 都采用这种布局。美国在 F18 上也试过 这种布局，但没有发展为生产型号。 三翼面布局的前翼所起的作用与鸭式布局的前翼 相同，使飞机跨音速和超音速飞行时的机动性较好。但目前这种布局的飞机大多是用 常规布局的飞机改装成的。三翼面布局的缺点是增加了鸭翼，阻力和重量自然也会增 大，电传操纵系统也会复杂一些。不过这种布局对改进常规布局战机的机动性会有较 好的效果。 5 飞翼布局 ：副翼由上下两片合成，两片副翼可以分别向上或向下偏转，也可以两片 合起来同时向上或向下偏转。当飞机需要转向时，一侧的副翼就张开，增加这一侧机 翼的阻力，飞机就得到了偏转的力；如果飞机两侧副面张开相等角度，两侧机翼都增 加阻力，就起到减速板的作用；如果副翼面上下两片结合起来一齐偏转，机翼一侧的 副翼向上，另一侧的副翼向下，则起副翼作用，使飞机倾斜；如果左右两侧的副翼同 时向上或向下偏转，则这对副翼就能发挥升降舵的作用。这种多功能舵面主要用来保 持或改变飞机的航向，所以称为“阻力方向舵” 。其空气气动力效率高、升阻比大、隐 身性能好，但机动性差、操纵效能低，所以这种局面目前只适用于轰炸机。 6 无尾布局：无平尾、无垂尾和飞翼布局也可 以统称为无尾布局。对于无平尾布局， 其基本优点为： 超音速阻力小和飞机中两较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点 而 言，无尾布局不能算是一种理想的选择。 2. 简述直升机是如何实现前飞、后飞、上飞和下飞的？（20 分） 直升机垂直方向上的运动是靠调整旋翼升力大小实现的，水平方向上的机动依靠 旋翼向某个方向倾斜产生的分力实现，直升机绕自身的旋转机动依靠尾部旋翼的拉力 变化实现，这些都是针对常规的单旋翼直升机而言的。 上、下飞是通过控制主翼的马力来实现的。 前、后飞是通过摆动主翼边上的一对副翼实现的，主翼不能斜倾，但副翼可以。 通过副翼的调整，可是整个主翼的旋转面与水平有个夹角，然后就形成了一个向前的 分力，这样直升机就可以前进后退了。 3. 比较描述宇宙飞船和航天飞机的基本结构及其用途。 （20 分） 结构：宇宙飞船基本的结构系统有通信系统、电源系统、温控系统、遥测系统、 姿态控制系统、变轨系统和推进剂等。而航天飞机基本结构，是一个由轨道器、一个外储 箱和两个固体火箭助推器所组成，通常所说的航天飞机就是指轨道器。航天飞机每飞行一 次就要扔掉一个外储箱，而固体火箭助推器和轨道器仍能重复使用。轨道器可以重复使用 100 次，助推器可以重复使用 20 次。因此当前的航天飞机是一种部分可以重复使用的第一 代空间运输工具。 用途：宇宙飞船，是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的 航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几 天到半个月，一般乘 2 到 3 名航天员。航天飞机是可重复使用的、往返于太空和地面之间 的航天器，也能像载人飞船那样在轨道上运行，还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。航 天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，它大大降低航天活动的费用。航天飞机广 泛用以进行空间交会、对接、停靠、空间科学实验、发射回收或检修卫星。 4. 无人机是如何分类的？试估计未来无人机的发展趋势；（20 分） 分类：无人机按续航时间和航程的长短可以分为四大类型：长航时无人机、中程无人 机、短程无人机和近程无人机。 发展的趋势：智能化、武装化、远程化、隐身化。 5. 支线飞机的定义是什么？通过你对航空技术现状和未来的发展趋势，谈谈你对我国支 线飞机发展状况和前景的看法。 （20 分） 定义：用于大城市与中、小城市或中、小城市之间航线上的小型旅客机，称为支线飞 机。 现状：我国航空业已有五十年的发展历程，在党和国家的重视下，已经培养了一支勇 于奋进、具有相当技术水平的科研生产队伍；建成了具有相当规模、专业航空技术配套的 科研生产基地。航空制造部门已在预先研究重点型号工艺攻关及新技术推广中取得了丰硕 的成果；部分主要航空工厂通过型号技改、转包生产，引进了一批先进技术和工艺设备； 少数工厂已初步应用了计算机局域网络、信息集成技术、异地无纸设计制造以及并行工程 等先进技术。整个航空制造业已基本具备了第三代战斗机和第二代支线客机及其配套装置 和研制、生产能力，并拥有一定的生产力。 发展趋势：加快新型材料、新结构的关键制造技术；用信息技术改造传统的航空制造 业，实现航空制造技术的现代化、信息化和集成化。 发展状况：从机场方面看，中小机场的总体旅客吞吐量在近两年迅猛增长，但个体差 异巨大、苦乐不均；从航空公司方面看，不少支线航班为航空公司带来不错收益，但却伴 随着飞行安全、运营保障压力。从旅客方面看，支线航班所带来的方便