绪论各种飞机的发展课件

飞行器空气动力学课件北京航空航天大学航空科学与工程学院流体力学研究所,飞行器空气动力学目录,AerodynamicsforAircraft第零章绪论第一章低速翼型的气动特性第二章机翼低速气动特性第三章亚声速翼型和机翼的气动特性第四章超声速和跨声速机翼的气动特性,内容简介,介绍飞行器空气动力学中的最主要的理论，阐述翼型和机翼中各主要参数对气动特性的影响，并对目前广泛使用的一些空气动力数值解法作简单的介绍。,主要讲授翼型、机翼在低、亚声速、跨声速和超声速绕流时的空气动力特性的分析和计算方法以及所需的基本理论。,基本要求,1、必须按时听课，上课认真听讲2、坚持考勤制度，有事必须请假3、对缺课1/3的同学不得参加考试4、按时独立完成作业5、必须按时参加实验课、完成实验报告,第0章绪论,0.1先驱飞行器的贡献0.2战斗机和攻击机的发展0.3轰炸机的发展0.4运输机的发展0.5直升机的发展0.6特种飞行器的发展0.7空气动力学的分类与研究方法,0.1先驱飞行器的贡献,最初人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。L.daVinci（14521519）是第一个把科学推理用于飞行研究的人。他研究了20年扑翼飞机，最后得出结论，靠人的臂力带动机翼是不可能升空的。而真正促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分开考虑，而发明的固定翼飞机。1903年12月17日，世界上第一架有动力、可操纵的飞机由美国莱特兄弟驾驶试飞成功。飞行者1号的起飞重量仅仅360kg，勉强能栽一个人飞离地面，速度比汽车还慢，只有48km/h，最成功一次飞行只有59秒，距离260m。但是就这么一架不起眼的小飞机翻开了人类航空史上的重要一页，从此指出飞机成功发展的正确道路，让人类进入新的航空文明时代。,莱特兄弟的飞行者1号,WilburWright（18671912）,OvilleWright（18711948）,1909年7月25日，法国航空先驱路易斯布莱奥驾驶他设计的XI型飞机，以37分钟的时间第一次成功地飞越英吉利海峡。1927年5月，林白完成跨越大西洋飞行。被列为世界三大飞行壮举。1923年1月9日，西班牙工程师J.切尔瓦研制的C-4型旋翼机在马德里近郊试飞成功。1936年6月，德国由福克主持研制的Fw.61试飞成功，开辟了直升机造福人类的道路。1939年8月，德国装喷气发动机的He.178飞机试飞，标志着喷气时代的到来。1947年10月，美国X-1突破声障，打开超声速飞行的大门。1959年美国试飞的X-15，突破热障，让人类有了高超声速飞行的自由。,0.1先驱飞行器的贡献,布莱里奥XI飞机切尔瓦研制的C-4型旋翼机,0.1先驱飞行器的贡献,气球轻于空气的航空器飞艇航空器各种飞机固定翼航空器滑翔机直升机重于空气的航空器旋翼航空器旋翼机扑翼机人造地球卫星（运载火箭发射）无人航天器空间探测器航天器载人飞船载人航天器航天站航天飞机,0.1先驱飞行器的贡献,1、活塞发动机独占航空的时期第一次世界大战后，活塞发动机称为飞机的动力设备，但由于当时发动机的马力小，飞机的飞行速度小，因此当时要解决的主要问题仍然是飞机的升力。多数采用双翼机或三翼机。要提高飞机的速度，需提高动力（发动机）、减少阻力（飞机气动布局），解决拉力和阻力的矛盾，除增大发动机的马力外，还需改散飞机的气动布局以减少阻力。由于双翼机阻力大（立柱），对提高速度不利。于是从上世纪二十年代后期，双翼机逐渐被单翼机取代。活塞发动机：双翼机最大飞行速度接近300km/h；单翼机飞行速度范围300750km/h（最大记录755.1km/h）。2、喷气发动机开辟了航空航天的新纪元当飞机的速度接近声速时，出现了阻力剧增的现象，称为“声障”。由于活塞发动机和螺旋桨推进难以提供足够的推力来克服“声障”，为此提出涡轮喷气发动机。1939年，德国研制出第一架喷气发动机飞机（He178）。随后美、英、苏先后发展了装有喷气发动机的战斗机和轰炸机。喷气发动机：单翼机飞行速度范围9003600km/h。,0.1先驱飞行器的贡献,战斗机和攻击机是最重要的军用飞机之一。其主要任务是歼灭空中和地面的敌机，夺取制空权，也称为歼击机。如果主要用于对地攻击任务的战斗机，也称为攻击机（强击机）或战斗轰炸机。其特点是，飞行速度快，机动性好。战斗机的起始于第一次世界大战期间，从最初在简陋飞机上的目视射击，到1918年第一次世界大战结束时，已按用途不同分成不同类机型。第二次世界大战期间，促使军用飞机发展迅速，参战各方均投入大量飞机。这使战斗机的速度、作战半径、机动性能、机栽设备得到明显提高。到战争结束时，机炮、火箭，雷达等均为战斗机的配置。期末还出现了喷气式战斗机。,0.2战斗机和攻击机的发展,第一次世界大战发生于1914年7月到1918年11月，历时4年3个月。主要英、法、俄协约国与德、意大利、奥匈帝国同盟国之间的战争，主要战场在欧洲，涉及33个国家，四分之三的人口（15亿）卷入这场战争，最终以同盟国失败告终。其中，死亡1000万，伤2000万，经济损失2700亿美元。福克E战斗机-德国第一次世界大战名机,0.2战斗机和攻击机的发展,斯帕德S.XIII战斗机法国第一次世界大战名机骆驼F.1战斗机英国第一次世界大战名机（击落敌机1294架）,0.2战斗机和攻击机的发展,第二次世界大战是以德国、意大利、日本为轴心的法西斯侵略集团与美、苏、中等反法西斯同盟国之间的一场全球性的战争。战争从1939年9月1日德国侵略波兰开始，到1945年9月2日日本签署投降书为止，前后经历六年，战火燃遍欧洲、北非、东亚大陆的国家和地区。战争把世界分成两大阵营，以德国、意大利、日本等七国为一方，以美、苏、英、法、中等50多个国家为另一方。战争涉及60多个国家，五分之四的人口卷入这场战争。其中，死亡5000万（苏、中国超过2000万），直接经济损失40000亿美元。喷火战斗机英国第二次世界大战名机,0.2战斗机和攻击机的发展,P-51野马战斗机美国第二次世界大战名机拉5/拉7苏联第二次世界大战名机,0.2战斗机和攻击机的发展,Me.109德国第二次世界大战名机零式战斗机日本第二次世界大战名机,0.2战斗机和攻击机的发展,20世纪50年代出现第一代高亚声速喷气式战斗机，米格-15，F-86。20世纪60年代出现第二代超声速战斗机，米格-21，F-4，法国幻影III。20世纪80年代出现第三代战斗机，苏-27，F-15，武器性能、机载设备、机动性能得到明显改善。20世纪90年代以后，以美国F-22为代表的第四代战斗机，具有隐身、超声速巡航、超视距作战能力、高机动性和敏捷性。向轻型多用途机发展。,0.2战斗机和攻击机的发展,0.2战斗机和攻击机的发展,F-4鬼怪美国最成功的第二代战斗机,F-14雄猫美国最早服役的第三代战斗机（变后掠翼飞机）,0.2战斗机和攻击机的发展,F-15鹰美国的第三代主力战斗机,F-16战隼美国第三代轻型多用途战斗机,台军F-16A单座轻型战斗机,0.2战斗机和攻击机的发展,F/A-18大黄蜂美国最先进的舰载战斗机,F-117夜鹰美国的隐身战斗攻击机,0.2战斗机和攻击机的发展,F-22猛禽当今世界最先进的第四代战斗机,F-111美国第一种变后掠翼战斗机,0.2战斗机和攻击机的发展,米格21世界著名的第二代轻型战斗机,米格23俄罗斯的变后掠翼战斗机（变后掠翼飞机）,0.2战斗机和攻击机的发展,米格25-俄罗斯的世界上飞的最快的战斗机,米格29俄罗斯的第三代轻型战斗机,米格27变后掠翼飞机,0.2战斗机和攻击机的发展,苏27俄罗斯优秀的第三代战斗机,米格31俄罗斯的第三代轻型战斗机,苏24变后掠翼战斗机,苏17变后掠翼战斗机,0.2战斗机和攻击机的发展,苏34俄罗斯优秀的第三代战斗机（三翼面布局）,苏30俄罗斯优秀的第三代战斗机,0.2战斗机和攻击机的发展,俄罗斯在研的第五代战斗机（三翼面布局）,苏37俄罗斯优秀的第三代战斗机（三翼面布局）,S37前掠翼战斗机（三翼面布局）,0.2战斗机和攻击机的发展,幻影III法国最成功的第二代战斗机,幻影IV法国战斗机,0.2战斗机和攻击机的发展,幻影2000法国的第三代战斗机,阵风法国的最先进第三代战斗机（近距耦合鸭式布局）,0.2战斗机和攻击机的发展,幼狮以色列第三代战斗机（近距耦合鸭式布局）,Saab37雷瑞典多用途战斗机（近距耦合鸭式布局）,0.2战斗机和攻击机的发展,EF2000台风欧洲合作的第三代战斗机（近距耦合鸭式布局）,JAS39鹰狮瑞典的第三代战斗机（近距耦合鸭式布局）,“XB-70A”美国研制,0.3轰炸机的发展,轰炸机是一种专门设计用于向敌方目标投掷大量弹药的飞行器。根据任务的不同，轰炸机可分为战略轰炸机和战术轰炸机。在第一次世界大战出现的轰炸机载弹量约3000kg，航程1000km。在第二次世界大战时，出现了战略轰炸机，具有航程大、载弹量大的特点，可用于攻击敌后方的军事目标，载弹量达到10吨，航程超过6000km。如英国的“兰开斯特”，美国的B-29，前苏联的图-2等。第二次世界大战以后，大型战略轰炸机主要是作为一种核威慑力量而保留下来，但它们有时也被用于执行常规轰炸任务。到20世纪60年代，战略轰炸机的航程已达到12000-20000km，具备全天侯作战能力，如美国的B-52，前苏联的图-95/142，20世纪80年代以后，巡航导弹的航程增加使轰炸机可以在敌方防空火力圈外设施攻击，从而出现了低空突防的美国B-1、俄罗斯的图-160远程战略轰炸机，美国的B-2隐身战略轰炸机。,0.3轰炸机的发展,B-52远程战略轰炸机（同温层堡垒）,B-2隐身战略轰炸机（幽灵）,0.3轰炸机的发展,B-52在空中投放装有X-43的发射装置,X-43A成功发射,2004年11月16日，NASA在加利福尼亚州附近的太平洋海域上空对其研制的无人驾驶X-43A极速飞机进行最后一次试飞行，此次飞行速度创纪录地超过每小时7000英里（约11265公里），大约是音速的10倍。由于电子装置存在故障，此次试飞比预定时间推迟一天。X-43A装在一个发射装置上，由B-52飞机将装有X-43A的发射装置带到空中后投放，再由发射装置把X-43A推到高空后释放，之后X-43A点燃超声速冲压喷气发动机，以预定超声速自主飞行。,0.3轰炸机的发展,图-95/142战略轰战机,B-1B变后掠翼超音速轰炸机（最大平飞Ma=1.25）,图-160变后掠翼超音速轰炸机（最大平飞Ma=2.05）,图-26/-22M变后掠翼超音速中程轰炸机（最大平飞Ma=1.5）,0.3轰炸机的发展,0.3轰炸机的发展,图-22M3轰炸机,图-95战略轰炸机,2005年下半年中国和俄罗斯在黄海进行联合军事演习用的轰炸机，准备售于中国。,0.4运输机的发展,军用运输机的主要任务包括：运输兵员、武器装备、给养物质和空投、空降等。军用运输机分为战略运输机和战术运输机。其中，承担远距离、大量兵员和大型武器装备运输任务的称为战略运输机，如美国的C-5、俄罗斯的安-124等；而在战区附近承担近距离运输兵员及物资任务的称为战术运输机，如独联体的安-12、美国的C-130等。商务运输机包括干线运输机和支线运输机。干线运输机一般指客座数大于100人的大型客货运输机。譬如，20世纪50年代美国的波音707、前苏联的图-104等；60年代美国的波音727、英国的三叉戟、前苏联的图-154等；70年代美国的波音747、欧洲的空中客车A300、前苏联的伊尔-86等宽体客机，栽客量可达300-500人；80年代美国的波音767、欧洲空客的A330、俄罗斯的伊尔-96等客货运输机；本世纪初正在研制的空中客车A380是特大型飞机，可载客800人。,C-5远程军用运输机,0.4运输机的发展,C-17军用重型运输机,C-141战略运输机,0.4运输机的发展,安124战略运输机,伊尔-76战略运输机,0.4运输机的发展,C-130螺旋桨战术运输机,A400M螺旋桨运输机,0.4运输机的发展,0.4运输机的发展,安70螺旋桨运输机,安70对旋螺旋桨,0.4运输机的发展,波音707喷气式运输机最大起飞重量：150590kg,波音717双发短程运输机最大起飞重量：51710kg,波音727喷气式客机最大起飞重量：83820kg,0.4运输机的发展,波音737客机,波音747客机,0.4运输机的发展,波音757客机,美国空军机载激光寻测来袭导弹航迹设想图,波音767客机,0.4运输机的发展,波音777客机,A300客机中短程宽机身运输机,A310客机中短程宽机身运输机,0.4运输机的发展,A320客机中短程宽机身运输机,A330客机宽机身运输机,0.4运输机的发展,A340客机远程宽机身运输机,A380客机远程宽身运输机,0.4运输机的发展,Tu-154中程宽体客机,伊尔-62四发远程客机,0.4运输机的发展,伊尔-86四发远程宽体客机,MD-11三发中远程客机,0.4运输机的发展,三叉戟三发中短程客机,Tu-144四发超声速客机（Ma=2.35）,0.4运输机的发展,协和号超声速客机（Ma=2.04）,0.4运输机的发展,新一代超声速客机,0.5直升机的发展,直升机是靠发动机驱动旋翼旋转产生升力和推进力，能在大气中垂直起降、悬停、定点回转、前飞、后飞和侧飞等可控飞行的重于空气的飞行器。按照旋翼数量的多少和布局形式，可分为单旋翼带尾桨的直升机、双旋翼直升机（包括共轴式、纵列式、横列式）以及新概念直升机（V-22）。直升机的发展经历四代，分别是：1、以活塞式发动机为动力装置，最大平飞速度200km/h，如贝尔-47、米-4等；2、20世纪60年代，采用涡轮轴发动机，最大平飞速度250km/h，如AH-1、米-24、超黄蜂等；3、20世纪80年代，以复合材料桨叶为突出特点，最大平飞速度300km/h，如AH-64、卡-50、S-70、黑鹰等；4、近年来，以复合材料在桨叶和机体进一步增大为突出特点，最大平飞速度350km/h，如RAH-64、NH-90、S-92、AS-350等。直升机的缺点是：速度低、载荷小、航程短、振动大、噪声高等。,美国“阿帕奇”武装直升机,美国“科曼奇”直升机,0.5直升机的发展,法国“小羚羊”涵道尾桨直升机,法国“海豚”直升机,0.5直升机的发展,中国直九,美国V-22倾转旋翼机,0.5直升机的发展,0.6特种飞行器的发展,军用飞机除战斗机、攻击机、轰炸机、运输机等直接作战的飞机外，还有很多执行专门任务的特种机，如预警机、侦察机、反潜巡逻机、电子战飞机等。这些飞机一般不直接使用武器作战，而是通过提供战场信息、干扰敌方的雷达和电子设备、搜集战