飞机系统组成与原理教学提纲

1、飞机系统组成与原理气动外形气动外形 表面质量表面质量气动弹性发散：气动弹性发散：前掠翼的翼尖位于机翼根部之前，在气动载荷作用下，翼尖相对翼根产生的扭转变形，使翼尖的局部迎角增大，迎角增大又引起气动载荷的进一步增加。这种恶性循环的发展将使机翼结构破坏。 在满足在满足强度强度、刚度刚度和和寿命寿命的条件下，的条件下，结构质量尽可能轻结构质量尽可能轻使用、检查、维护和修理方便使用、检查、维护和修理方便200h55h10h便于生产加工、成本低便于生产加工、成本低木质材料金属材料复合材料容克斯的第一架全金属客机容克斯的第一架全金属客机F13（1919）钛合金约39%复合材料约25%铝合金约16%钢约6%

2、其它约14%钛合金约15%复合材料约50%铝合金约20%钢约10%其它约5% 机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力。同时机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力。同时机翼内部可以用来装置油箱和设备等；在机翼上还安装有改善起降性机翼内部可以用来装置油箱和设备等；在机翼上还安装有改善起降性能的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼；很多飞机的起落架和动力能的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼；很多飞机的起落架和动力装置也固定在机翼上。装置也固定在机翼上。1983年年5月月1号，号，乔恩乔恩艾斯利艾斯利构架式机翼构架式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 受力件与维形件完受力件与维形件完全分

3、工并分段承受鼓荷。全分工并分段承受鼓荷。构架式机翼的受力骨架构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支是由翼梁、张线、横支柱等组成的空间骨架系柱等组成的空间骨架系统，它承受所有的弯矩、统，它承受所有的弯矩、剪力和扭矩；其蒙皮是剪力和扭矩；其蒙皮是用亚麻布制成，只起维用亚麻布制成，只起维形作用，不参与受力。形作用，不参与受力。 梁式机翼梁式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 梁式机翼的特点梁式机翼的特点是布置有强有力的翼是布置有强有力的翼梁、较少且较弱的桁梁、较少且较弱的桁条并采用较薄的硬质条并采用较薄的硬质蒙皮，常用金属铆接蒙皮，常用金属铆接结构，为现今飞机所结构，为现今飞机所广泛采用。广泛采用。

4、 纵向骨架纵向骨架：翼梁、纵：翼梁、纵墙、桁条墙、桁条横向骨架横向骨架：翼肋：翼肋 梁式机翼梁式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 单块式机翼的特单块式机翼的特点是蒙皮较厚，桁条较点是蒙皮较厚，桁条较多也较强，翼梁的缘条多也较强，翼梁的缘条很弱，甚至没有翼梁而很弱，甚至没有翼梁而只有纵墙。只有纵墙。单块式机翼单块式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式整体壁板式机翼整体壁板式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 整体壁板式机翼整体壁板式机翼是将蒙皮与横向骨架、是将蒙皮与横向骨架、纵向骨架合并成上下纵向骨架合并成上下两块整体壁板，然后两块整体壁板，然后用铆接或其他方式连用铆接或其他方式连接，形成一块完整机接

5、，形成一块完整机翼。翼。v装载乘员和货物；装载乘员和货物；v安置各种系统设备；安置各种系统设备；v连接机翼和尾翼等部件；连接机翼和尾翼等部件；v有的还固定动力装置和起落架。有的还固定动力装置和起落架。尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和航向的平衡，并使飞机在纵尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和航向的平衡，并使飞机在纵向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。水平尾翼：水平尾翼：水平安定面水平安定面 + + 升降舵升降舵垂直尾翼：垂直尾翼：垂直安定面垂直安定面 + + 方向舵方向舵稳定稳定操纵操纵（纵向）（纵向）（航向）（航向）垂直安定面垂直安定面方向方向舵舵水平安定面水

6、平安定面升降舵升降舵用于控制飞机飞行状态的用于控制飞机飞行状态的舵面）舵面） 方向舵方向舵 升降舵升降舵 副翼副翼 襟翼、扰流片、减速板等襟翼、扰流片、减速板等飞机具有三个主操纵面，即飞机具有三个主操纵面，即、和和。通过。通过操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞机的操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞机的俯仰俯仰、方向方向和和横侧姿态横侧姿态的控制。的控制。l主操纵面主操纵面辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：l辅助操纵面辅助操纵面增升装置的主要功用是在增

7、升装置的主要功用是在起飞降落起飞降落时增加机翼的升力，时增加机翼的升力，从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑距离。从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑距离。p辅助操纵面之辅助操纵面之襟翼襟翼目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：增大翼型弯度；增大翼型弯度； 增大机翼面积；增大机翼面积；控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力。襟翼放下时，既增

8、大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力。巡航时巡航时起飞时起飞时降落时降落时p辅助操纵面之辅助操纵面之襟翼襟翼 扰流片闭合时，紧贴于扰流片闭合时，紧贴于机翼上表面；当打开使用时，机翼上表面；当打开使用时，扰流片向上张开而与上翼面扰流片向上张开而与上翼面形成一定夹角。扰流板工作形成一定夹角。扰流板工作时，会扰乱流经机翼上表面时，会扰乱流经机翼上表面的气流，使得气流速度降低、的气流，使得气流速度降低、涡流增加，从而导致机翼上涡流增加，从而导致机翼上的升力下降、阻力增加。的升力下降、阻力增加。 目前大型飞机的扰流片目前大型飞机的扰流片大多是安装在机翼上表面襟大多是安装在机翼上表面襟翼之前的可偏转小片。翼

9、之前的可偏转小片。p辅助操纵面之辅助操纵面之扰流片扰流片 减速板是对称地布减速板是对称地布置在机身和或机翼上置在机身和或机翼上的阻力板，平时紧贴于的阻力板，平时紧贴于机身或机翼以保持表面机身或机翼以保持表面流畅，使用时打开以增流畅，使用时打开以增加阻力，从而降低飞机加阻力，从而降低飞机的飞行或地面滑跑速度的飞行或地面滑跑速度。p辅助操纵面之辅助操纵面之减速板减速板调整片的主要功用是抵消飞行中由各种原因引起的不平衡力，使飞机保调整片的主要功用是抵消飞行中由各种原因引起的不平衡力，使飞机保持一定的飞行姿态（平飞、上升或下降）。持一定的飞行姿态（平飞、上升或下降）。调整片铰接在主操纵面后缘，用机械或

10、电气方法操纵。调整片铰接在主操纵面后缘，用机械或电气方法操纵。p辅助操纵面之辅助操纵面之调整片调整片/配平片配平片u起落架起落架 起落架是供飞机在起降滑跑、地面滑行、停放和移动时支持飞机重量、起落架是供飞机在起降滑跑、地面滑行、停放和移动时支持飞机重量、承受相应载荷、吸收和消耗着陆时的撞击能量的装置。承受相应载荷、吸收和消耗着陆时的撞击能量的装置。 通常起落架由承力结构通常起落架由承力结构(支柱支柱等等)、带充气轮胎的机轮、减震器、带充气轮胎的机轮、减震器、刹车及转弯操纵机构、减摆器、刹车及转弯操纵机构、减摆器、收放机构等装置组成。收放机构等装置组成。 对于在雪地和冰面上起降的飞对于在雪地和冰

11、面上起降的飞机，起落架的机轮用滑橇取代之；机，起落架的机轮用滑橇取代之；在水面上起降的水上飞机，起落在水面上起降的水上飞机，起落架则用浮筒代替或直接采用按水架则用浮筒代替或直接采用按水面滑行要求设计的特殊机身。面滑行要求设计的特殊机身。 起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机身重心的位置。身重心的位置。 常见的配置型式有：常见的配置型式有： 后三点式起落架的两个后三点式起落架的两个( (组组) )主轮位于飞机重心之前且靠近重心，主轮位于飞机重心之前且靠近重心，尾轮则位于飞机的尾部。尾轮则位于飞机的尾部。 后三点式起落

12、架主要适用于机身前部装有活塞式发动机的轻型、后三点式起落架主要适用于机身前部装有活塞式发动机的轻型、低速飞机上。低速飞机上。安装空间容易保证；安装空间容易保证；尾轮受力较小，因而结构简单，重量较小；尾轮受力较小，因而结构简单，重量较小；地面滑跑时迎角较大，降落时阻力较大；地面滑跑时迎角较大，降落时阻力较大；对着陆技术要求高，容易发生对着陆技术要求高，容易发生“跳跃跳跃”现象；现象；大速度滑跑时，不允许强烈制动；大速度滑跑时，不允许强烈制动；地面滑跑时的方向稳定性较差；地面滑跑时的方向稳定性较差；驾驶员视界不佳。驾驶员视界不佳。 前三点式起落架的两个前三点式起落架的两个( (组组) )主轮位于飞

13、机重心之后，前轮则位于主轮位于飞机重心之后，前轮则位于飞机的头部。飞机的头部。 前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。 着陆简单且安全可靠着陆简单且安全可靠,不易产生不易产生“跳跃跳跃”现象；现象； 具有良好的方向稳定性；侧风着陆较安全；具有良好的方向稳定性；侧风着陆较安全； 允许强烈制动，着陆滑跑距离较短；允许强烈制动，着陆滑跑距离较短； 驾驶员视界较好，发动机喷气对跑道影响较小。驾驶员视界较好，发动机喷气对跑道影响较小。 前起落架受力较大且构造复杂；前起落架受力较大且构造复杂； 高速滑跑时，前起落架会产生摆震现象；高速滑跑时，前

14、起落架会产生摆震现象；多支柱式起落架与前三点式起落架类似，飞机的重心在主起落架之多支柱式起落架与前三点式起落架类似，飞机的重心在主起落架之前，但不同的是其有多个主起落架支柱，一般用于重型飞机上。前，但不同的是其有多个主起落架支柱，一般用于重型飞机上。显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对跑道的压力，增加起显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对跑道的压力，增加起飞着陆的安全性。飞着陆的安全性。自行车式起落架的两个自行车式起落架的两个( (主主) )主轮纵向排列在飞机重心的前后，且在两侧机主轮纵向排列在飞机重心的前后，且在两侧机翼下设置辅助轮。翼下设置辅助轮。自行车式起落架主要用于因机翼很薄而

15、难于收藏起落架的飞机，特别是采自行车式起落架主要用于因机翼很薄而难于收藏起落架的飞机，特别是采用上单翼轰炸机上。用上单翼轰炸机上。缺点：缺点： 前支柱承受的载荷很大，这一方面使前支柱承受的载荷很大，这一方面使前起落架的尺寸和重量增大，另一方面使前起落架的尺寸和重量增大，另一方面使得飞机起飞时不易抬头。为了使飞机能达得飞机起飞时不易抬头。为了使飞机能达到起飞迎角，需要依靠专门的措施。到起飞迎角，需要依靠专门的措施。 不能通过主起落架刹车来转向。不能通过主起落架刹车来转向。为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置称为为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置称为动力系统。它包括发动机和保证发动机正常工作

16、的辅动力系统。它包括发动机和保证发动机正常工作的辅助系统。可以简称为发动机。助系统。可以简称为发动机。航空发动机是将航空燃料中所含的化学能量转变航空发动机是将航空燃料中所含的化学能量转变为热能、再转化成机械能的热力机械。为热能、再转化成机械能的热力机械。航空发动机的性能对飞机的性能影响很大。评航空发动机的性能对飞机的性能影响很大。评定航空发动机品质的主要指标有：定航空发动机品质的主要指标有：性能参数性能参数等等可靠性可靠性耐久性耐久性 航空航天发动机的分类航空航天发动机的分类活塞式航空发动机一般以汽油或者煤油为燃料，带动螺活塞式航空发动机一般以汽油或者煤油为燃料，带动螺旋桨，旋桨，由螺旋桨产生

17、推（拉）力为飞机提供动力。由螺旋桨产生推（拉）力为飞机提供动力。所以，作为飞机的动力所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。不能分割的。u活塞式航空发动机活塞式航空发动机n螺旋桨产生升力原理图螺旋桨产生升力原理图活塞式航空发动机的主要构件活塞式航空发动机的主要构件气缸气缸活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴进、排气活门进、排气活门活塞冲程活塞冲程当活塞在气缸中移动时，当活塞在气缸中移动时，它相对曲轴有两个极限位置：它相对曲轴有两个极限位置：活塞离曲轴中心最远的位置活塞离曲轴中心最远的位置称为称为上死点上死点，活塞离曲轴中，活塞离曲轴中心最近的位置称为心最近的位置称为

18、下死点下死点。上死点和下死点之间的距离上死点和下死点之间的距离称为称为活塞冲程活塞冲程 。活塞式航空发动机的工作原理活塞式航空发动机的工作原理绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程组绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程组成的，称为四冲程发动机。即成的，称为四冲程发动机。即活塞在气缸内要经过四个冲程，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。进气进气 压缩压缩 膨胀膨胀 排气排气活塞式发动机的优点活塞式发动机的优点 经济性较好：耗油率低，单位功率的售价低；经济性较好：耗油率低，单位功率的售价低； 燃烧

19、较完全，所以对环境的污染相对较小；燃烧较完全，所以对环境的污染相对较小； 噪音较小。噪音较小。活塞式发动机的缺点活塞式发动机的缺点农农5旅行者旅行者活塞式发动机的应用活塞式发动机的应用航空燃气涡轮发动机有四种基本类型，即航空燃气涡轮发动机有四种基本类型，即涡轮喷涡轮喷气发动机、气发动机、涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机和和涡涡轮轴发动机轮轴发动机。在这些发动机中都有压气机、燃烧室和。在这些发动机中都有压气机、燃烧室和燃气涡轮，因此统称为燃气涡轮，因此统称为燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机。u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动航空燃气涡轮发动机机仍属于热机的一

20、种，仍属于热机的一种，因此从产生输出能量的因此从产生输出能量的原理上讲，原理上讲，燃气涡轮发燃气涡轮发动机动机和活塞式发动机是和活塞式发动机是相同的，都需要有相同的，都需要有进气、进气、加压、燃烧和排气加压、燃烧和排气这四这四个阶段。个阶段。u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机v 整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证在各种工作状态整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证在各种工作状态下都能供给发动机所需的空气量；下都能供给发动机所需的空气量；v 降低高速气流的速度，将动能转变为压力势能。降低高速气流的速度，将动能转变为压力势能。 根据飞机的飞行速度的不同，进气道可分为：根据飞机的飞行速度的不同，进气道可

21、分为：基本结构之基本结构之进气道进气道“海鹞海鹞”: 196千克千克/秒秒 飞豹飞豹: 292千克千克/秒秒 F15: 2121千克千克/秒；秒；u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机基本结构之基本结构之进气道进气道u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机 由由、和和组成。组成。 燃气发生器用于提供高压、燃气发生器用于提供高压、高温的燃气。高温的燃气。 燃气发生器又称发动机的燃气发生器又称发动机的核心机核心机。燃气涡轮燃气涡轮燃烧室燃烧室压气机压气机基本结构之基本结构之燃气发生器燃气发生器u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机拉瓦尔喷管拉瓦尔喷管矢量喷管矢量喷管基本结构之基本结构之尾喷管尾喷管u燃气涡轮发动机燃气涡轮发

22、动机推力矢量技术推力矢量技术: 发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能，对飞机的来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能，对飞机的飞行进行实时控制的技术。飞行进行实时控制的技术。由燃气涡轮出来的燃气仍具有一定能量，正是这股具有能由燃气涡轮出来的燃气仍具有一定能量，正是这股具有能量的燃气，才产生了发动机的推力或输出功率。量的燃气，才产生了发动机的推力或输出功率。利用这股燃气能量的方式不同，就相应地产生了不同类型利用这股燃气能量的方式不同，就相应地产生了不同类型的燃气涡轮发动机。的燃气涡轮发动机。 涡轮喷

23、气发动机涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机 涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机 涡轮轴发动机涡轮轴发动机 分类分类u燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机涡轮喷气发动机的燃气发生器后面直接布置了一个涡轮喷气发动机的燃气发生器后面直接布置了一个，燃气在尾喷管中膨胀加速，以高速由喷管排出，产生推力。，燃气在尾喷管中膨胀加速，以高速由喷管排出，产生推力。1942年7月27日Su-25-27涡喷发动机的应用涡喷发动机的应用由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力的燃气涡轮发动机。涡轮风扇发动机由风扇、压气机、燃烧的燃气涡轮发动机。涡轮风扇发动机由风扇、

24、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。统组成。涡轮风扇发动机具有涡轮风扇发动机具有耗油率低耗油率低、起飞推力大起飞推力大、推重比推重比高高、噪音低噪音低的优点。因此，目前高涵道比、大推力的涡轮的优点。因此，目前高涵道比、大推力的涡轮风扇发动机广泛应用于大型运输机上。风扇发动机广泛应用于大型运输机上。 Boeing 737A319此外，加力式涡轮风扇发动机由于具有低速时油耗较低，此外，加力式涡轮风扇发动机由于具有低速时油耗较低，开加力时推重比大的特点，目前已在新一代歼击机上得到广开加力时推重比大的特点，目前已在

25、新一代歼击机上得到广泛应用。泛应用。涡轮螺旋桨发动机的燃气能量绝大部分在动力涡轮中膨涡轮螺旋桨发动机的燃气能量绝大部分在动力涡轮中膨胀做功，动力涡轮通过减速装置降低转速后再驱动螺旋桨，燃胀做功，动力涡轮通过减速装置降低转速后再驱动螺旋桨，燃气中剩下的很少部分能量在尾喷管中膨胀，产生一小部分推气中剩下的很少部分能量在尾喷管中膨胀，产生一小部分推力力 。涡轮螺旋桨发动机由于有直径较大的螺旋桨，所以飞行涡轮螺旋桨发动机由于有直径较大的螺旋桨，所以飞行速度受到限制，一般用于速度受到限制，一般用于M=0.50.7的飞机上。但是，由于它的飞机上。但是，由于它的排气能量损失少，推进效率高，所以耗油率低。本世纪的排气能量损失少，推进效率高，所以耗油率低。本世纪50年年代研制的运输机上采用这种发动机的较多，目前其仍是支线旅代研制的运输机上采用这种发动机的较多，目前其仍是支线旅客机的主要动力。客机的主要动力。 运运7运运8涡轮轴发动机是直升机的动力，其工作原理和结构基本涡轮轴发动机是直升机的动力，其工作原理和结构基本与涡轮螺旋桨发动机相同。不同的是其燃气发生器排出的燃气与涡轮螺旋桨发动机相同。不同的是其燃气发生器排出的燃气能量几乎全部在动力涡轮中膨胀，由喷管排出时，气流速度很能量几乎全部在动力涡