飞行原理1.doc

飞行原理飞机的主要部分和它的功用无论哪一种飞行器，都必须产生升力来克服地心吸力。我们知道，产生升力的基本原理共有三种：即空气静力、空气动力和反作用(火箭)原理。按照空气静力原理产生升力的飞行器，称为轻与空气的飞行器；按照空气动力和反作用原理产生升力的飞行器，称为重与空气的飞行器。当飞机向前运动时，机翼向下推开空气，而根据牛顿第三定律，空气必有大小相等方向相反的力向上推机翼，这样就产生升力。使用动力装是为了使飞机得到一定的飞行速度，以便获得必需的升力。目前，飞机是应用最广的重于空气的飞行器。尾翼 飞机尾翼的功用在于保证它的纵向和航向安定性及操纵性。它是由水平尾翼和垂直尾翼组成。 图1 水平尾翼由不动部分水平安定面与可动部分升降舵组成(图1)。 水平安定面 水平安定面用于保证供飞机纵向安定性，也就是当飞机向上或向下产生不大的偏离时，使飞机能自动恢复到原先飞行状态的能力。 升降舵 升降舵用于保证飞机的纵向操纵性，也就是使飞机能相对于飞行方向，向上或向下改变倾角的大小。垂直尾翼同样也由不动部分垂直安定面和可动部分方向舵组成。垂面安定面 垂面安定面用于保证飞机的航向安定性，也就是在飞机向左或向右产生不大的偏离时，能自动地恢复到原先飞行状态的能力。方向舵用于保证航向操纵性，使飞机能相对于飞行方向向左或向右转弯。 起落架用于飞机在起飞和着陆时之滑跑，以及飞机的地面停放和运行，此外，还用于减轻飞机着陆时的撞击。飞机的起落架通常采用三点式，即二个主轮和一个辅助轮。由于辅助轮安放位置的不同，可以分为前三点与后三点。 飞机为了减少阻力，起落架做成在飞行时可收起的。为了收起起落架，在飞机上必须有专门的机构。飞机的操纵系统 飞机的操纵系统由：升降舵、方向舵、副翼和调整片等的操纵系统所组成。而每个系统内又包括有位于驾驶舱内的操纵杆、连接驾驶杆与舵面的操纵线系以及舵面等。副翼与升降舵的操纵，在轻型飞机上利用驾驶杆，在重型飞机上利用转盘式驾驶柱。至于方向舵的操纵则利用脚蹬来进行。当飞行员前推驾驶秆时，升降舵向下偏转，而飞机低头，当飞行员往后拉驾驶杆时，升降舵向上偏转，飞机便抬头。这样，飞机便跟着驾驶杆的移动而转动。 驾驶杆除了前后移动外，还能向左右方向偏转（图2）。 图2当驾驶杆向右偏转时，右副翼向上。左副翼向下，即右翼向下而左翼向上，飞机向右倾侧。当驾驶杆向左偏转时，左副翼向上而右副翼向下，飞机向左倾侧。所以，当偏转副翼时，飞机跟随着驾驶杆的移动而运动(图3)。 图3当脚蹬偏转时，方向舵也要偏转。例如，飞行员右脚蹬向前，则方向舵向右偏转。而飞机亦向右偏转。反之，若飞行员左脚蹬向前，则方向舵向左偏，飞机也向左转动。这就表明，飞机将跟随着脚蹬的移动而转动。从以上可以看出，飞机的操纵系统是按照驾驶杆的运动，能够符合飞行员自然反应的条件而设计的(图4)。 图4联结驾驶杆与舱面的操纵线系，若由金属管或拉杆组成，则称为硬式操纵；若依靠钢绳来联接，则称为软式操纵；若采用绳索与拉杆的结合，则称为混合操纵。除了拉杆和绳索外，在操纵线系里还有摇臂、摇杆、滑轮及其他零件。空气螺旋桨特性大家知道，在飞行中，飞机产生迎面阻力。为了克服这一阻力，必须使飞机的动力装置能够产生与迎面阻力方向相反的拉力。对于装有空气螺旋桨的活塞式发动机飞机；或者是涡轮螺旋桨发动机飞机，拉力分别则是由发动机和螺旋桨共同产生的。空气螺旋桨的作用是把发动机的扭距转换成维持飞机前进运动所必需的拉力。空气螺旋桨的作用原理在于，当螺旋桨旋转时，连接不断地吸入和向后抛出空气团，这些破抛出的空气团的反作用，便向前推动螺旋桨。所以，空气螺旋桨产生拉力的原因是螺旋桨抛出空气团的反作用的结果。空气螺旋桨的几何特性包括桨叶平面形状、桨叶翼型形状、螺旋桨直径、桨叶安装角及几何螺距等。 螺旋桨具有各种平面形状的桨叶(图5)，其中应用最广的是不对称的具有光滑外形的椭圆形浆叶。 图5当螺旋桨旋转时，它的桨叶所划出的圆周的直径，称为螺旋桨直径D（图6）。 螺旋桨的旋转平面螺旋桨的旋转是在垂直于旋转轴的平面内进行，故该平面便称为螺旋桨的旋转平面。螺旋桨的工作原理和机翼的工作原理相类似，但它的运动却比机翼的运动更为复杂。机翼只进行一般的前进运动，因而也只有前进速度；而浆叶则参与两种运动，即随同飞机一起的前进运动和围绕桨轴的旋转运动。因而，飞行中的螺旋桨也具有两种速度：前进速度和圆周速度。作用在浆叶上的空气动力的大小，可用桨叶迎角来说明。而要确定桨叶迎角，就必需知道桨叶迎面气流的方向。为此，首先要确定前进速度(V)和圆周速度(U)的大小和方向，然后把它们相加，即可找到桨叶实际的运动速度(W)。若飞机以速度V作直线飞行，而螺旋桨没有旋转运动，此时桨叶上各点只有前进速度，其值等于飞行速度V(图7)。若飞机不运动，那么当螺旋桨旋转时，桨叶上的任意点仅作旋转运动。 （图7） （图8） 实际速度W的大小和方向取决于前进速度和圆周速度的大小。由于桨叶各个切面的前进速度相同，而圆周角度度不同，因此，对于不同切面其实际速度W也将不同。这样，各个桨叶元素的切面均以其自身的实际速度W在空气中运动。根据速度大小相等而方向相反的可逆性原理，气流将朝着桨叶吹来。迎面气流（图8）的方向和桨叶元素翼旋之间的夹角，称为空气螺旋桨叶元素的迎角。 当螺旋桨原地工作(例如发动机试车)时，前进速度V=0，即实际速度在数值上等于圆周速度，而且方向也与它一致 。在这种情况下，桨叶元素的迎角为最大，井等于它的安装角。在高速飞行时，桨叶元素的迎角可以变成零，这时，螺旋桨进距亦等于几何螺距，而距差为零。当飞行速度很大时(如俯冲)，桨叶元素的迎角变成负值。在这种情况下，由于螺旋桨进距大于它的几何螺距，使距差亦为负值。所以，由以上的叙述可以得出，当螺旋桨转速为常值时，随着飞行速度的增加，桨叶元素的迎角则减小，同时，螺旋桨的进距加大，而距差变小。如果距差为零，那么迎角亦为零；如果距差为负植，那么桨叶元素的迎角亦为负值；这样，由距差的大小总可以确定迎角的大小。距差愈大，则迎角亦愈大；反之亦然。假设飞机在各种螺旋桨速度下，以不变的速度飞行，则随着螺旋桨转速的增加，桨叶的圆周速度加大，实际速度也加大并改变它的方向。正如由图9所看出的，这时桨叶迎角增加，螺旋桨转速减小时，桨叶元素迎角亦减小，螺旋桨进则变大，而距差变小。（图9） （图10）当桨叶元素安装角增加时，它的迎角也加大；而安装角减小时，迎角也减小(图10)。因此对于变距螺旋桨，在轴套内转动桨叶，可使安装角改变，因而迎角也就改变。这样，桨叶元素的迎角随着飞行速度的增加而减小，随着螺旋桨素速的增加而增加。因此，桨叶元素的迎角与螺旋桨的转速成正比，而与飞行速度成反比。也就是说，与螺旋桨的进距有密切关系。当桨距增加时，桨叶元素的迎角则减小；而进距减小时，迎角别增加。 对于给定的定距螺旋桨，它的直径、桨叶形状以及桨叶安装角，在飞行中都是不改变的。因此对于这种螺旋桨，拉力只取决于空气密度、转速和拉力系数；而拉力系数则取决于桨叶的切面形状和平面形状、桨叶的表面质量以及它们的迎角。随着迎角的增加，拉力系数亦增加。又由于桨叶的迎角和飞行速度有关，所以拉力系数，因而也就是拉力亦和飞行速度有关。在大的飞行速度下，即使我们保持原先的迎角，但是螺旋桨的拉力仍将减小。因为力R虽然随着速度的增加而增加，但要朝着螺旋桨的旋转平面方向转动，因而它在旋转轴上的投影，也就是拉力，将是减小的。螺旋桨的拉力随着飞行速度的变化关系，可以用曲线的形式来表示(图11)。（图11） （图12）当飞行速度或者螺旋桨转速进一步增加，而开始出现了激波失速时。则桨叶的流动特性将要急剧地恶化。波阻的出现和增加，使得桨叶的旋转阻力迅速增加、而拉力减小。随着飞行高度的增加，空气质量密度减小，故作用在桨叶上的空气动力或者是拉力亦将减小(图12)。 螺旋桨的拉力在秒钟内所做的的功，称为螺旋桨的有用功。 发动机传给螺旋桨的功率称为有效功率。在一定的飞行速度和飞行高度下，发动机欲使螺旋桨的转速保持常值，那么必需使它有效功率等于螺旋桨的需要功率。若发动机的功率大于螺旋桨旋转时的需要功率，则螺旋桨的转速将增大，反之则减小。若转速为常值，则发动机的功率刚好等于螺旋桨旋转的需要功率。从活塞式航空发动机原理知道，当飞行高度改变时，高空发动机的有效功率，在计算高度