第三节--飞机为什么会飞

第三节飞机为什么会飞,动画播映,一、飞机为什么会飞？,气球、气艇等轻于空气的飞行器是靠空气的浮力升空的，而重于空气的飞行器是靠在空气中运动时产生的升力(也叫空气动力)飞上天空的。飞机同气球、气艇升空的原理不同。气球、飞艇比空气轻，完全依靠空气静力(浮力)而升空。飞机飞行则不然，飞机比空气重，它必须以相当大的速度造成与空气之间的相对运动，来取得在空中支托的空气动力。没有相对运动，就没有空气动力，飞机也就不可能在空中飞行。,飞机之所以能飞，是由装在飞机上的发动机转动螺旋桨产生拉力或直接向后喷气产生推力，使飞机增速前进的。飞机机翼在飞机前行时，空气流过机翼，产生空气动力升力Y。当飞行速度达到一定值时，升为Y超过飞机重力G，飞机就升空飞行。飞机的增速时还要克服气流地其产生的阻力Q，发动机产生的拉力或推力P用来克服阻力，使飞机前进。,2、升力的产生,飞机的机翼不是一块平板，而是一个从前缘到后缘不同厚度的曲面体，如果把机翼平行于飞机对称切开，露出的切面就是翼剖面，又称翼型。亚声速飞机的翼型前缘厚，较圆滑，后缘薄而尖锐，上翼面的弯度大，而下翼面比较平直。因此，当飞机飞行时，气流流经机翼上表面的路程长，流速快而压力低，流经下翼面的路程短，流速慢而压力高，由于上下翼面的压力差，产生一个向上且向后倾斜的总空气动力，其指向上方且与相对气流垂直的分力，就是托举飞行的升力。,飞机在空中之所以所能飞行，是因有一股力量克服了它的重量把它托举在空中，现代飞机有重达二、三百吨，难道空气竟有那么大力量么？实践证明情况就是这样。当空气流动的时候就形成风，风作用在物体上就会产生力量。这个力可能很大。例如飓风可以连根拔起合抱的大树，在海洋上掀起滔天的巨浪。就是当你迎着不大的风骑自行车时。也会感到吃力。无风的时候，乘敞蓬汽车奔驰，同样会感到有空气的力量作用身上。由此可见，无论是空气流过静止的物体，或者是物体在静止的空气中运动，就是说只要有了相对运动，就会在物体上产生力，这个力就叫空气动力。,机翼,当机翼产生的升力克服了飞机的重力时，飞机就腾空而起了。人类在多年的研究中发现，机翼翼型对气动力的大小有很大的关系，因此研究出形状各异的翼型系列，供不同的飞机选用。翼型按使用的速度范围不同，可以分为低速翼型、亚声速翼型、跨声速翼型和超声速翼型。杨翼前缘与后缘的连线称为翼弦，如果机翼前缘稍稍抬起，相对气流与翼弦之间形成的夹角，称为迎角。此时上翼面流速更快，升力也愈大，迎角只能在一定范围内增大，如超过临界迎角，则产生气流分离，升力下降。,机翼的形状及其参数,飞机的机翼是飞机产生升力的主要部件，也就是说机翼的最主要作用就是产生升力、其次是装油、稳定性和操纵性、外挂、连接等。机翼的形状主要是指机翼的翼型、机翼的平面形状、机翼相对机身的位置等，机翼的形状参数是指与之对应的翼型参数、平面形状参数和机翼的安装角、上反角、迎角等。,1、机翼的翼型及其参数,机翼的翼型也叫机翼的翼剖面或机翼的横切面，指的是沿着机体的对称面假想将机翼切一刀，机翼切口的形状。,机翼的翼型形状主要包括平板形、弯形、凹凸形、平凸形、双凸形、对称形、圆弧形、菱形等。,2）机翼的迎角（）：机翼的迎角也叫机翼的攻角，是指机翼的弦线与相对气流（或飞机运动方向）之间的夹角。迎角有正迎角和负迎角，气流的方向指向机翼的下翼面，这时的迎角为正迎角，飞机的平飞和飞机的爬升飞行一般为正迎角飞行（如下图a和b）；气流的方向指向机翼的上翼面，这时的迎角为负迎角，飞机低头飞行和飞机的倒飞都是负迎角飞行（如下图c）；,3)机翼的上（下）反角（/-）：是指机翼的翼弦平面与垂直于飞机的立轴的平面之间的夹角：,4）上单机翼、中单机翼和下单机翼目前，除了个别低速飞机仍是双翼机外，绝大多数是单翼机。单翼机在机身上的配置，可分为上单翼、中单翼和下单翼三种型式。,(二)、总的空气动力,飞机在空气中运动时，就会产生作用于飞机上的空气动力，飞机各部分所受到的空气动力的总和，叫总空气动力，通常用R表示（见图所示）。一般情况，这个力是向上并向后倾斜的，根据它所起的作用，可将它分解为垂立于相对气流方向和平行于相对气流方向的两个分力。垂直方向的力叫升力，用“Y”表示，升力通常是起支持飞机的作用。平行方向阻碍飞机前进的力叫阻力，用“X”表示。飞机升力绝大部分是由机翼产生的。,（三）、机翼升力的产生,当气流流过机翼时，气流从机翼前缘分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，而在机翼后缘重新汇合后向后流去。由于机翼上表面比较凸出，流管变细，由连续性定理可知，流管变细，流速加快，又根据伯努利定理，流速加快，压力降低；在机翼下表面，机翼比较平，或飞机的飞行有一定的迎角，气流受到阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是，机翼上、下表面出现了压力差。我们将垂直于相对气流方向（或垂直于飞机运动方向）压力差的总和（集合），叫做机翼的升力。,既然升力是一种力，就必须满足力的“三要素”：大小：机翼上下翼面压力差的总和；方向：垂直于相对气流方向；作用点：升力作用线和翼弦线的交点，也叫压力中心。,机翼的升力主要是靠机翼上翼面吸力产生的，一般占总升力的60%80%,而不是靠下翼面压力产生的(占总升力的2040)，所以机翼的上壁板比下壁板厚。从下列压力分布图中可以看出：,(四)、影响升力大小的因素,1、机翼面积(S)机翼面积越大，则机翼上、下表面压力差的总和越大，所以升力也就越大。升力与机翼面积成正比。2、翼型翼型不同所产生的流线谱也就不同，因此所产生的升力也就不同：1）翼型相对厚度（c）相对厚度大，机翼上表面的弯曲程度也大，空气流过机翼上表面流速增快，压力降低很多，升力增大。2）最大厚度位置(Xc)最大厚度位置靠前，机翼前缘势必弯曲厉害，导致流管在前缘变细，流速加快，吸力增大，升力增加。,但是迎角增加超过一定数值时，气流在上翼面的中后部严重分离，大量的漩涡占据了机翼上表面的吸力区。随着涡流区的扩大，吸力减少，升力会突然降低，阻力迅速增加，这种现象被称为“失速”。失速刚刚出现时的迎角叫做“临界迎角”，也叫“失速迎角”，这一迎角一般为1520度。,飞机不能以大于或接近临界迎角的迎角飞行，如果飞机陷入失速状态，飞机会发生尾旋降高度的现象，如果驾驶员处理不当，可能发生严重的后果，甚至机毁人亡的事故。,在上述Cy曲线中可以找出：1、升力系数为零的迎角，叫零升力迎角。相当于曲线与横坐标轴相交点对应的迎用。用这个迎角飞行，升力为零。对称翼型的零升力迎角为零度。非对称翼型的零升力迎角一般为负。2、升力系数最大时的迎角，叫临界迎角，即Cy最大，超过临界迎随后，若迎角再增大，则会在机翼上表面产生气流分离，升力系数下降，曲线将往下弯。3、升力系数曲线斜率，表示迎角改变1度时，所引起的升力系数变化的大小。斜率大小可以从升力系数曲线与横坐标的夹角大小看出来，斜率大，表明迎角改变时，升力系数变化大。,二、飞机的阻力,飞机在空中飞行时，除了产生升力外，还会产生阻力。阻力是阻碍飞机前进的空气动力，它的方向与飞机运动方向相反（或与气流流动方向一致）。在低速飞行时，飞机的阻力有摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力四种。高速飞行时，还应再加上一个激波阻力。机翼可以产生升力，也可以产生阻力，飞机的其他部件也会产生阻力，机翼所产生的阻力占总阻力的2530左右。由机翼以外部件所产生的阻力也叫“废阻力”。,3飞机阻力,足够的升力是保持飞机飞行的必要条件，决定升力大小的因素较多，但最主要的因素是飞行速度，升力大小与速度的平方成正比。故高速飞行时，飞机升力较大，但在低速时特别是在起飞着陆时，由于速度小而升力不足，因此有必要加装增升装置。常采用的增升装置有前缘缝翼、后缘襟翼、喷气襟翼以及边界层控制装置等。这些增加升力的措施能使飞机在尽可能小的速度下产生足够大的升力，保持平飞而不致坠地，从而大大减小飞机的起飞和着陆速度，缩短滑跑距离。,产生阻力的原因有很多种：机体表面粗糙度、机身机翼形状、气流干扰等。在飞行过程中伴随升力的产生还会出现诱导阻力。飞行速度接近声速时，还会产生激波阻力。空气动力学和飞机气动力布局方面的许多重大成就，都是为了实现关阻力的目的。以机身为例，迎风面积应减到最小，表面应尽量光滑，形状力求流线化而没有凸角和缝隙，受气流干扰的部分加装整流带或整流罩等。高速飞机机身设计中采用“跨声速面积律”，即把机身中部做成蜂腰状，有助下降低阻力和提高速度。美国F-102战斗机由于采用了“跨声速面积律”，使它顺利地超过了声速。,飞机在空气中飞行，作用于飞机上的总空气动力中还有一个指向方且与相对气流平行的分力，这就是阻力。阻力超阻止飞机前进的作用。要让飞机能持续飞行，必须由发动机产生足够的推力或拉力，用以克服阻力。足够的升力是保持飞机飞行的必要条件，决定升力大小的因素较多，但最主要的因素是飞行速度，升力大小与速度的平方成正比。故高速飞行时，飞机升力较大，但在低速时特别是在起飞着陆时，由于速度小而升力不足，因此有必要加装增升装置。常采用的增升装置有前缘缝翼、后缘襟翼、喷气襟翼以及边界层控制装置等。这些增加升力的措施能使飞机在尽可能小的速度下产生足够大的升力，保持平飞而不致坠地，从而大大减小飞机的起飞和着陆速度，缩短滑跑距离。,（二）、影响阻力大小的因素,1、迎角（）随着迎角的增加，使机翼和飞机的其它部件上表面后部的流管扩张，涡流区扩大，压力降低，于是压差阻力增大，迎角超过临界迎角以后，飞机各部分的涡流区扩展得很快，使压差阻力迅速增大。实验证明，迎用增大，摩擦阻力变化不大。迎角增大，会影响诱导阻力发生变化在小于临界迎角的范围内增大迎角，机翼上下表面的压力差随之增大。这不仅使升力增大，还使翼尖涡流区增强，增大下洗速度和下洗角，导致实际升力更加向后倾斜，于是诱导阻力迅速增大。,2、飞行速度、空气密度和权翼面积飞机飞行速度越大，阻力也越大。例如逆风行走时，风力越大，阻力也越大，因而感到行走困难。空气密度越大，阻力也越大。例如在水中行走就比在空气中困难。这是因为水的密度比空气密度大，所以产生的阻力也大。理论与实践表明，飞机阻力与空气密度成正比，和飞行速度的平方成正比。飞机机翼面积增大，摩擦面就多，所以阻力也大，阻力与机翼面积成正比。,3、飞机的翼型和平面形状机翼的相对厚度大，使机翼面上分离点靠前，涡流区变大，压差阻力大；最大厚度位置靠前，使翼面前缘弯曲得更加厉害，后缘涡流区增大，阻力增大；翼面中弧线曲度（相对弯度）大，涡流区大，阻力也大。机翼平面形状中，以椭园形机翼的诱导阻力最小，而矩形机翼阻力最大，展弦比越大，诱导阻力越小；后掠机翼、三角机翼的阻力也比较小。,4、飞机的外形、表面光洁度和密封性飞机是否具有流线型的外形，直接影响着压差阻力的大小。飞机蒙皮如有凹凸变形，外形不够“流浅”，就会破坏空气的平顺流动，容易产生气流分离，导致压差阻力增加。例如：在飞行中，飞机蒙皮会在过大的空气动力的作用下变形，产生波纹、舱口盖末盖牢、整流罩上的螺钉末拧紧、以致舱口盖和整流罩有可能在飞行中被吹开。维护飞机不当、碰撞、敲击等等都会使飞机产生变形。在飞机维修中，应仔细检查飞机的各个部分，关好舱(窗)盖，拧紧螺钉。发现蒙皮变形、铆钉和螺钉损坏、松动等情况，应及时修复。,飞机表面光洁与否，对摩擦阻力的影响很大。飞机表面不光洁，附面层中的气流就容易变乱，层流附面层缩短，紊流附面层增长，导致摩擦阻力增大。可见，保持飞机表面光洁，对避免增大飞机阻力是非常重要的。在维护工作中，应注意保持飞机表面光洁。比如上飞机工作，应穿软底鞋，铺好脚垫布；修理和洗刷飞机表面要遵守技术规定，飞机停放，要盖好蒙布，以防雨雪侵蚀，在尘沙多的机场上，更应特别注意。飞机内外如有缝隙通气，即密封性不良，也会额外增大阻力。,高超声速飞机以超声速飞行时，飞机表面边界层中的空气受到强烈的阻滞