民航概论第二章PPT课件

1、RETURNRETURNRETURNEXITEXITEXIT第二章 民用航空器AUDIOAUDIOAUDIOCONTROLSCONTROLSCONTROLS2.1 民用航空器的分类民用航空器的分类2.2 飞行基本原理飞行基本原理 2.3 飞机的基本结构飞机的基本结构 2.4 飞机的动力装置飞机的动力装置2.5 飞机的电子仪表装置飞机的电子仪表装置第1页/共94页RETURNRETURNRETURNEXITEXITEXIT2.1 民用航空器的分类和发展AUDIOAUDIOAUDIOCONTROLSCONTROLSCONTROLS 航空器的分类航空器的分类 民用飞机的分类民用飞机的分类 民用航空器

2、的要求民用航空器的要求 第2页/共94页一、航空器的分类航空器航空器 轻于空气的航空器轻于空气的航空器 重于空气的航空器重于空气的航空器 第3页/共94页 飞艇第4页/共94页 热气球第5页/共94页 滑翔机第6页/共94页莱特兄弟制作的 “飞行者1号”1903年首飞第7页/共94页 B737 系列第8页/共94页 A320 系列第9页/共94页 波音787第10页/共94页 A380第11页/共94页一、航空器的分类轻于空气的航空器非动力驱动： 气球动力驱动：飞艇自由气球 系留气球 刚性飞艇 非刚性飞艇第12页/共94页一、航空器的分类重于空气的航空器非动力驱动：气球动力驱动滑翔机风筝飞机扑

3、翼机旋翼航空器第13页/共94页二、民用飞机的分类 按用途分：航线飞机 通用航空飞机商业运输用， 运输机通用航空用第14页/共94页二、民用飞机的分类1.航线飞机 客机 客货混装机 货机第15页/共94页二、民用飞机的分类2.客机 1）按航程分：远程客机中程客机 短程客机航程8000km航程：30008000km航程3000km第16页/共94页二、民用飞机的分类2.客机 2）按发动机类型分：活塞式 喷气式涡喷式 涡桨式 涡扇式 涡轴式 客 机 第17页/共94页二、民用飞机的分类2.客机 3）按飞行速度分：亚音速飞机超音速飞机 高亚音速飞机低速飞机 V1客 机 第18页/共94页二、民用飞机

4、的分类2.客机“协和”号超音速客机原英国飞机公司和法国宇航公司联合研制的四发中程超音速客机，1969年实现首飞。1976年1月12日正式投入航线运营。研制背景第19页/共94页二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机共生产20架，其中16架投入运营，英航、法航各占8架。一直亏损运营，依靠政府补贴。航线：巴黎纽约；伦敦纽约。于2000年发生空难，随后于2003年正式退役。 运营状况第20页/共94页二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机三大弱点u 经济性差u 航程短u 噪音污染严重第21页/共94页二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机u 唯一投入商业飞行的超音速客机u 誉

5、为世界上最安全、最快速的飞机 历史意义第22页/共94页二、民用飞机的分类2.客机4）按客座数分小型飞机中型飞机大型飞机客座数200客 机 第23页/共94页二、民用飞机的分类2.客机5）按机身直径分宽体客机窄体客机机身直径3.75m机身直径3.75m客 机 第24页/共94页二、民用飞机的分类3.通用航空飞机1）公务机2）农业机3）教练机4）多用途轻型飞机第25页/共94页三、民用航空器的使用要求安全、快速、经济、舒适、环保 第26页/共94页RETURNRETURNRETURNEXITEXITEXIT2.2 飞行基本原理AUDIOAUDIOAUDIOCONTROLSCONTROLSCONT

6、ROLS 空气动力学基础空气动力学基础 飞机上的作用力飞机上的作用力 飞机升力的产生飞机升力的产生 飞机的飞行控制飞机的飞行控制 第27页/共94页一、空气动力学基础 空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。本规律。第28页/共94页理想流体，不考虑流体粘性的影响。不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma0.4。绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma0.4。 流体模型化前缘后缘第29页/共94页（一）连续性定理 流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截

7、面的流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。质量守恒定律是连续性定理的基础。第30页/共94页 流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。流体质量相等。1 12 2S S1 1,v,v1 1S S2 2,v,v2 2设：单位时间内流过截面的流体质量为设：单位时间内流过截面的流体质量为m，则有：，则有：则根据质量守恒定律可得：则根据质量守恒定律可得：结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。（一）连续性定理2222111

8、1SvmSvm；常数常数CSvSvSvSv2211222111第31页/共94页日常生活中的连续性定理 山谷里的风通常比平原大山谷里的风通常比平原大 河水在河道窄的地方流得河水在河道窄的地方流得 快，河道宽的地方流得慢快，河道宽的地方流得慢第32页/共94页（二）伯努利定理 同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。能量守恒定律是伯努力定理的基础。第33页/共94页（二）伯努利定理（二）伯努利定理于是有：于是有：2102vPP动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是动压，单位体积空气所具

9、有的动能。这是一种附加的压力，是 空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。212vP静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压 等于当时当地的大气压。等于当时当地的大气压。0P总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。流速度减小到零之点的静压。第34页/共94页深入理解动压、静压和总压同一流线同一流线：总压保持不变。总压保持不变。动压越大，静压越小。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。流速为零的

10、静压即为总压。第35页/共94页伯努利定理适用条件气流是连续、稳定的，即流动是定常的。气流是连续、稳定的，即流动是定常的。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气没有粘性，即空气为理想流体。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。热的。第36页/共94页深入理解动压、静压和总压同一流管同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。截面积小，流速大，压力小。第37页/共94页二、飞机 升力的产生 相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？起点终点第38页/共94页升力的产生原理前前方来流被机翼

11、分为了两部分：一部分从上表面流过，一方来流被机翼分为了两部分：一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。部分从下表面流过。由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。流过上表面的气流流过上表面的气流流过下表面的气流流过下表面的气流第39页/共94页211102PvP 212202PvP 2211112222PvPv 12vv12PP升力的产生原理第40页/共94页升力的产生原理 上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对 气流方向的分量，就是升力。 机翼升

12、力的着力点，称为压力中心机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure)迎角迎角 迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。第41页/共94页 升力公式212VS飞机的升力系数飞机的升力系数飞机的飞行动压飞机的飞行动压机翼的面积。机翼的面积。SCvSvCYyy222121 yC第42页/共94页升力系数随迎角的变化规律当当临界临界，升力，升力系数系数随迎角的增大而减小，进入失速区。随迎角的增大而减小，进入失速区。临界临界 yC第43页/共94页三、飞机上的作用力升力升力重力重力推力推力阻力阻力LiftPullWeightDrag 升力垂直于飞行速度方

13、向，它将飞机支托在空中，升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。第44页/共94页 阻力 阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。稳定飞行。SvCXx221 212VS飞机的阻力系数飞机的阻力系数飞机的飞行动压飞机的飞行动压机翼的面积。机翼的面积。xC第45页/共94页 对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：摩

14、擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力压差阻力(Form Drag)干扰阻力干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力诱导阻力(Induced Drag)废阻力废阻力(Parasite Drag)粘性粘性升力升力阻力产生原因阻力产生原因第46页/共94页摩擦阻力 由于飞机表面上空气有粘性，气流与飞机表面发生粘滞摩擦而由于飞机表面上空气有粘性，气流与飞机表面发生粘滞摩擦而引起的与飞行方向相反的力，称为摩擦阻力。引起的与飞行方向相反的力，称为摩擦阻力。影响摩擦阻力的因素影响摩擦阻力的因素 摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空摩擦阻力的大小与附面层

15、的类型密切相关，此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。第47页/共94页压差阻力 压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。第48页/共94页 压差阻力的产生 气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡气流流过机翼后

16、，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。第49页/共94页影响压差阻力的因素 总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。 压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。第50页/共94页干扰阻力 飞

17、机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。 飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效地减小干扰阻力的大小。地减小干扰阻力的大小。第51页/共94页诱导阻力 由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻

18、力。现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。第52页/共94页u 翼尖涡的形成 正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向注意旋转方向）第53页/共94页u 翼尖涡的立体形态第54页/共94页u翼尖涡的形态第55页/共94页u 诱导阻力的产生 空气在翼尖形成漩涡，产生一个向下的下洗速度，使原来的相对气流速度方向发生改变，由vv，使升力L偏转到L，L的水平分量D，即为诱导阻力。

19、如下图所示： LLD第56页/共94页影响诱导阻力的因素机翼平面形状：机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。椭圆形机翼的诱导阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大升力越大，诱导阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力翼梢小翼可以减小诱导阻力第57页/共94页翼梢小翼第58页/共94页翼梢小翼第59页/共94页激波阻力 对于高速飞行，除了上述四个阻力外，还产生激波阻力。产生原因当物体以接近于音速飞行时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气层，该层空气密度增加，阻力增加，空气分子剧烈碰撞

20、，使稳定增加，称为激波。 激波导致：阻力增加，升力减小，形成“音障”。飞机速度接近和超过音速时，只有当推力增大到一定程度时，才能克服激波带来的阻力，突破音障。 第60页/共94页 马赫数M V：飞行速度；a：当地音速 超音速飞机 在超越音障时，由于激波的传播，发出雷鸣般的声音，称音爆。超音速飞行，燃料消耗大，经济性差。 高亚音速飞机 在局部区域上可能达到或超过音速，产生局部激波。应尽可能推迟激波的产生，如采用后掠翼，超临界翼型。a/vM 第61页/共94页阻力相关资料典型飞机阻力构成典型飞机阻力构成阻力名称阻力名称亚音速运亚音速运输机输机超音速战超音速战斗机斗机单旋翼直单旋翼直升机升机摩擦阻力

21、摩擦阻力45%23%25%诱导阻力诱导阻力40%29%25%干扰阻力干扰阻力7%6%40%激波阻力激波阻力3%35%5%其他阻力其他阻力5%7%5%第62页/共94页总空气动力 升力和阻力之和称为总空气动力。升力和阻力之和称为总空气动力。第63页/共94页四、飞机的飞行控制1. 飞机的平衡飞机的平衡2. 飞机的稳定性飞机的稳定性3. 飞机的操纵性飞机的操纵性第64页/共94页四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡1）机体轴系第65页/共94页四、飞机的飞行控制1. 飞机的平衡之：飞机的运动I.绕横轴（绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰转动轴）的转动称为俯仰转动 第66页/共94页II.绕立轴（绕立轴（O

22、Y轴）的转动称为偏航运动轴）的转动称为偏航运动四、飞机的飞行控制1. 飞机的平衡之：飞机的运动第67页/共94页II.绕纵轴（绕纵轴（OX轴）的转动称为横滚运动轴）的转动称为横滚运动四、飞机的飞行控制1. 飞机的平衡之：飞机的运动第68页/共94页四、飞机的飞行控制u 平衡的概念：所有作用于飞机的外力和力矩之和都等于零的状态为飞机的平衡状态。u 平衡包括： 作用力平衡、力矩平衡u 飞机的纵向平衡u 飞机的横向平衡u 飞机的航向平衡 1. 飞机的平衡第69页/共94页四、飞机的飞行控制2.飞机的稳定性u 稳定性的概念结论：欲使物体具有稳定性 飞飞机的稳定性机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，

23、是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。 物体在受到扰动后能够产生稳定力矩，使物体具有物体在受到扰动后能够产生稳定力矩，使物体具有自身恢复到平衡状态的趋势自身恢复到平衡状态的趋势 在恢复过程中同时产生阻力力矩，保证物体最终恢在恢复过程中同时产生阻力力矩，保证物体最终恢复到平衡状态复到平衡状态第70页/共94页四、飞机的飞行控制飞机的稳定性俯仰稳定性俯仰稳定性方向稳定性方向稳定性横侧稳定性横侧稳定性第71页/共94页四、飞机的飞行控制2.1 飞机的俯仰稳定性什么是俯仰稳定性什么是俯仰稳定性 飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机

24、受微飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。机自动趋向恢复原平衡状态的特性。第72页/共94页俯仰稳定性的实现俯仰稳定性的实现 飞机的俯仰稳定性，由水平尾翼产生的俯仰稳飞机的俯仰稳定性，由水平尾翼产生的俯仰稳定力矩实现。定力矩实现。水平尾翼水平尾翼 正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的安装角更小。安装角更小。第73页/共94页平尾产生俯仰稳定力矩平尾产生俯仰稳定力矩瞬间受扰瞬间受扰机头上抬机头上抬扰动运动消失扰动运动消失迎角恢复

25、原值迎角恢复原值平尾附平尾附加升力加升力俯仰稳俯仰稳定力矩定力矩第74页/共94页2.2 飞机的方向稳定性什么是方向稳定性什么是方向稳定性 飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。自动趋向恢复原平衡状态的特性。第75页/共94页 方向稳定性的实现 主要由垂尾产生方向稳定力矩来实现。主要由垂尾产生方向稳定力矩来实现。第76页/共94页横轴横轴后掠角后掠角 上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生

26、方向稳定力矩。定力矩。 其他方向稳定力矩的产生其他方向稳定力矩的产生上反角上反角机身机身四分之一翼弦连线四分之一翼弦连线第77页/共94页2.3 飞机的横向稳定性什么是横向稳定性什么是横向稳定性 飞机的横向稳定性，指的是飞机绕纵轴的稳定性，飞机的横向稳定性，指的是飞机绕纵轴的稳定性，也叫侧向稳定性。影响侧向稳定性的主要因素是机也叫侧向稳定性。影响侧向稳定性的主要因素是机翼的上反角、后掠角和垂尾的大小。翼的上反角、后掠角和垂尾的大小。横侧稳定性主要由侧滑中机翼的上反角和后掠横侧稳定性主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生角产生第78页/共94页I. 上反角产生的横侧稳定力矩上反角产生的横侧稳定力矩

27、 上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。第79页/共94页II. 后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角情况下，侧滑前翼后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力的有效分速大，因而升力大于侧滑后翼的升力，从大于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。而产生横侧稳定力矩。第80页/共94页 2.4 飞机的方向飞机的方向稳定性稳定性和横侧稳定性的关系和横侧稳定性的关系 飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过

28、弱，易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。明显的飘摆现象，称为荷兰滚。 飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互关联的。飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互关联的。第81页/共94页 2.4 飞机的飞机的稳定性分析稳定性分析 飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。 飞机的的稳定性是相对的、有条件的。飞机的的稳定性是相对的、有条件的。第82页/共94页 3. 3. 飞机的操纵性飞机的操纵性第83页/共94页 操纵性的定义 飞机的操纵性是指飞机在飞行员操纵升降舵、方向舵和副翼下改变其飞行状态的特性。俯仰操纵性俯仰操纵性方向操纵性方向操纵性横侧操纵性横侧操纵性第84页/共94页 3.1 3.1 飞机的俯仰操纵性飞机的俯仰操纵性 飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态的特性。的特性。第85页/共94页飞机的俯仰操纵性主要由升降舵实现飞机的俯仰操纵性主要由升降舵实现 拉杆拉杆附加向下升力附加向下升力第86页/共94页 3.2 3.2 飞