民航概论课件

1、民航概论 Introduction to Civil Aviation,南京航空航天大学 民航学院,南京航空航天大学本科生课程,第二章 民用航空器,第二章 民用航空器,2.1 民用航空器的分类和发展,2.5 飞机的电子仪表装置,2.2 飞行基本原理,2.3 飞机的基本结构,2.4 飞机的动力装置,2.6 飞机的其他系统,2.7 民航飞机的运行和性能,2.1 民用航空器的分类和发展,一、航空器分类,航空器,1、轻于空气的飞行器,飞行原理：气囊中充有热空气、氢/氦，依靠浮力,特点：空中长时间停留，但无法控制飞行方向,使用场合：航空体育运动、气象探测等,飞行原理：气囊中充有氦气，升力依靠浮力，但有动

2、力装置,特点：空中长时间停留，飞行成本低，垂直起落，但体积大、速度慢、不灵活、易失火,使用场合：巡逻、摄影、吊装大型设备以及空中广告等,一、航空器分类,2、重于空气的飞行器非动力驱动,飞行原理：依靠大的固定翼，起飞依赖惯性或外加动力,特点：无动力，只能短距离滑行,使用场合：体育运动、航空知识普及活动,最早出现的重于空气的飞行器,一、航空器分类,3、重于空气的飞行器动力驱动,按用途分：民用和军用,起降场所：陆上飞机、水上飞机以及水陆两栖,水上飞机,一、航空器分类,水陆两栖飞机,美国Hawk旋翼机,飞行原理：依靠旋翼产生升力,特点：动力驱动旋翼，能垂直起飞/降落，空中悬停。与飞机相比，航程短，成本

3、高，振动大，载荷小,使用场合：民用和军用,特点：无动力驱动旋翼，前/后方装有螺旋桨，只能短距离起落，灵活性差于直升机,使用场合：体育运动,一、航空器分类,二、民用飞机的分类,航线飞机,民用飞机（按用途分）,通用航空飞机,客机民用飞机主体,二、民用飞机的分类,(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,M:0.8-0.89,M1.0,二、民用飞机的分类,二、民用飞机的分类,英法联合研制的超声速客机，1969年实现首飞。1976年正式投入航线运营。,经济性差 航程短 噪音污染严重,缺点,运营情况 16架投入运营。 航线：巴黎纽约；伦敦纽约。 2000年发生空难，2003年正

4、式退役。,小型飞机,中型飞机,大型飞机,客座数200,(4)按客座数分：,二、民用飞机的分类,二、民用飞机的分类,宽体客机,窄体客机,机身直径3.75m,机身直径3.75m,(5)按机身直径分：,三、民用航空器的使用要求,安全、快速、经济、舒适、环保,2.2 飞行基本原理,一、空气动力学基础,1、飞行相对运动原理,空气动力是空气相对于飞机运动时产生的,一、空气动力学基础,2、流体连续性原理,质量守恒定律-质量不会自生也不会自灭。 流体的质量流量-对于稳定流动(定常)而言，单位时间流过横截面面积S的流体质量相等。 q= s v,流体连续性方程： 1s1v1= 2s2v2 = 3s3v3 =con

5、st. 即： s v = const.,当流体不可压缩时， 即： = const. 时： 有：s v = const.,一、空气动力学基础,压缩性：当压力或温度变化时，流体改变体积和密度的性质（弹性）.马赫数低于0.3，不考虑压缩性问题。,日常生活中的连续性定理,山谷里的风通常比平原大,河水在河道窄的地方流得 快，河道宽的地方流得慢,一、空气动力学基础,3、伯努利定理,一、空气动力学基础,伯努利定理 对稳定的管流而言（定常），若流体不可压缩,忽略粘性，且与外界无能量交换，则沿管道各点的流体的静压、动压和重力势能之和等于常量。,伯努利方程 p+v2/2+ gh= const,一、空气动力学基础,

6、一、空气动力学基础,深入理解,沿流线方向（忽略重力势能）： 压力能与动能之和保持不变 速度越快，静压越小 当速度为零处（驻点），此时该点压力为“滞止高压”,伯努利定理适用条件,流动定常（各参数随时间不变）,不考虑空气的粘性，即空气为理想流体,流动的空气与外界没有能量交换,流体不可压缩,只有重力场,沿着流线或其它,一、空气动力学基础,4.声速和马赫数,马赫数简称Ma数，用以描述气体可压缩性的大小。 Ma越大，空气可压缩性越大 马赫数的数学表达式为： Ma= v / a v：当地流体质点的速度； a：当地的声速,声速：微弱扰动在介质中传播速度,马赫数,一、空气动力学基础,根据马赫数的大小，可以把飞

7、行器的飞行速度划分为如下区域：,为低速飞行,为亚音速飞行,为跨音速飞行,为超音速飞行,为高超音速飞行,一、空气动力学基础,5.亚声速流动空气的特性,根据流体连续性定理和伯努利定理（近似描述），可以定性的得到以下规律：流体在管道中流动时，凡是管道剖面大的地方，流体的流速就小，流体的静压 就大，而管道剖面小的地方，流速就大，静压就小。即： 若 A1A2 则 v1v2 p1p2,6. 超声速流动空气的特性,一、空气动力学基础,当气流速度达到或超过声速时，气流受到强烈的压缩，相对于速度的改变，密度的变化占了主导地位，从而流动特性与低速气流产生了本质的差别。有： 若A1 A2 则v1 v2 p1 p2

8、拉瓦尔喷管,当气流速度接近和高于音速时，会出现两类特殊的流动现象激波和膨胀波，其中激波对飞行器、推进系统的设计影响最大。,一、空气动力学基础,激波是气流参数发生突变的间断面 气流通过激波时，压强、密度、温度突然增加，而速度却突然降低,二、飞机升力的产生,1、机体坐标系,原点:在飞机的重心处； x轴：在飞机的纵轴上， 指向头部为正； y轴：在飞机的纵向对称平 面内，并垂直于x轴， 指向上方为正； z轴：位置和指向按右手 定则确定，即从左 机翼通过重心到右 机翼。,二、飞机升力的产生,2、机翼、翼型及其有关参数,翼型：机翼的横剖面形状。翼形最前端的一点叫“前缘”，最后端一点叫“后缘”。,翼弦：翼型

9、前后缘之间的连线；其长度称为弦长， 通常以 b 表示。,厚度：以翼弦为基础作垂线，每一条垂线在翼形内 的长度即为该处的翼型厚度，以c表示。 相对厚度 弯度：厚度线中点的连线叫中弧线。中弧线与翼弦 之间最大距离叫翼形的最大弯度，以fmax表示。 相对弯度,二、飞机升力的产生,翼展：机翼翼尖两端点之间的距离，也叫展长， 以“L”表示。,后掠角：通常以表示,二、飞机升力的产生,前缘后掠角0 后缘后掠角1,上反角和下反角：机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角，以表示。 迎角：翼弦与相对气流速度v之间的夹角，也称为飞机的攻角，通常以表示。,二、飞机升力的产生,二、飞机升力的产生,、升力产生的原理,

10、通常，机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平直，再加上有一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快；上翼面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼面间形成压力差，此静压差称为作用在机翼上的空气动力。,空气动力是分布力，其合力的作用点叫做压力中心。空气动力合力在垂直于气流速度方向上的分量就是机翼的升力。 空气动力的分布随迎角的不同而变化。因此，飞机升力的大小也随迎角的改变而变化。,二、飞机升力的产生,机翼面积的影响,相对速度的影响,空气密度的影响,影响飞机升力的因素,机翼剖面形状和迎角的影响,二、飞机升力的产生,二、飞机升力的产生,升力的计算公式：,式中： 为飞机所在高度处的空

11、气密度， v为飞机的飞行速度, (1/2v2)为动压， S为机翼的面积， Cy为升力系数。,二、飞机升力的产生,在Cy曲线中，对应于升力系数等于零的迎角称为零升力迎角；对应于最大升力系数Cymax的迎角叫临界迎角或失速迎角。,当临界，升力系数随迎角的增大而急剧下降，这种现象称为失速,升力系数的变化规律,二、飞机升力的产生,失速：当迎角增大到一定值（达到并超过）时，气流的流线被破坏，气流从机翼前缘开始分离，尾部形成涡流，造成飞机升力突然迅速降低。飞机进入失速后，飞机会发生螺旋、下降以及抖振现象。,大攻角的影响,当飞机的飞行速度达到一定值但还未达到音速时，飞机上某些部位的局部流速却已达到或超过了音

12、速。于是，在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞机的飞行速度尚未达到音速而在机体表面局部产生的激波称之为“局部激波”。,飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为“临界马赫数”。,二、飞机升力的产生,高速的影响,（1）后掠机翼,原理降低机翼上的有效速度。,二、飞机升力的产生,（2）超临界机翼,原理以特殊的翼剖面形状来延缓机翼上表面的气流加速，以提高临界马赫数，同时下表面后缘处反凹来保持一定的升力特性,三、飞机上的作用力,1、摩擦阻力,三、飞机上的作用力,当气流流过飞机表面时，由于空气存在粘性，空气微团与飞机表面发生摩擦，阻滞了气流的流动，由此而产生的阻力叫做摩擦阻力。,影响摩擦阻力的因素

13、,飞机表面光洁形状 飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大,同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积） 飞机的表面积越大，摩擦阻力越大,边界层中气流的流动情况 紊流边界层的摩擦阻力比层流边界层的大,三、飞机上的作用力,边界层中气流的流动情况可分为层流边界层和紊流边界层。,2、压差阻力,三、飞机上的作用力,运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。,三、飞机上的作用力,影响压差阻力的因素,物体的迎风面积 迎风面积大，压差阻力大,物体的形状 流线型物体，压差阻力最小,诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。,三、飞机上的作用力,3

14、、诱导阻力,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。,三、飞机上的作用力,影响诱导阻力的因素,机翼平面形状 椭圆形机翼的诱导阻力最小,机翼的展弦比 展弦比越大，诱导阻力越小 翼梢小翼可以减小诱导阻力,三、飞机上的作用力,4、干扰阻力,三、飞机上的作用力,干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。,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,三、飞机上的作用力,5、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。,激波导致：阻力增加，升力减小，形

15、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。,三、飞机上的作用力,四、飞机的飞行控制,飞机飞行状态的变化，归根到底，都是力和力矩作用的结果。飞机的平衡、稳定性和操纵性是阐述飞机在力和力矩的作用下，飞机状态的保持和改变的基本原理。,1、飞机的平衡,四、飞机的飞行控制,重心：各部分重力的合力作用点,机体坐标轴：通过飞机重心的三条互相垂直、以机体为基准的坐标轴（X：纵轴；Y：立轴；Z：横轴）,四、飞机的飞行控制,绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰运动,绕纵轴（OY轴）的转动称为偏航运动,绕纵轴（OX轴）的转动称为横滚运动,飞机处于平衡状态时，飞行速

16、度的大小和方向均保持不变，也不饶重心转动。,平衡的概念,四、飞机的飞行控制,作用力的平衡（推力和阻力；升力和重力） 作用力矩的平衡（俯仰平衡、方向平衡和横滚平衡）,俯仰平衡,作用在飞机上的各俯仰力矩之和为零，迎角不变,四、飞机的飞行控制,影响俯仰平衡的主要因素, 加减油门 收放襟翼 收放起落架 重心变化,保持俯仰平衡的主要措施,前后移动驾驶盘或使用调整片来偏转升降舵产生的俯仰操纵力矩来保持俯仰平衡,升降舵,四、飞机的飞行控制,方向平衡（偏航/航向平衡）,作用于飞机的各偏转力矩之和为零，侧滑角不变或 侧滑角为零。,四、飞机的飞行控制,影响方向平衡的主要因素,机翼变形导致两侧阻力不同,两侧发动机工

17、作状态,形成不对称的拉力或推力,保持方向平衡的主要措施,适当登舵或使用调整片来偏转方向舵产生的方向操纵力矩来保持方向平衡,四、飞机的飞行控制,横滚平衡（横侧平衡）,作用于飞机上的各滚转力矩之和为零，坡度不变,四、飞机的飞行控制,影响横滚平衡的主要因素,两翼升力对重心产生的滚转力矩,螺旋桨发动机油门改变对重心产生的滚转力矩,保持横滚平衡的主要措施,适当调整驾驶盘或调整片来偏转副翼产生的横滚操纵力矩来保持横滚平衡,重心左右移动形成附加滚转力矩,四、飞机的飞行控制,2、飞机的稳定性,物体的稳定是指当物体处于平衡状态时，受到微小的扰动而偏离了原来的平衡状态，之后能够自动恢复到原来的平衡状态的特性。,稳

18、定的概念：,四、飞机的飞行控制,飞机的稳定性： 飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的一个重要参数。如果飞机受到扰动之后，在驾驶员不进行任何操纵的情况下能够回到受扰动前的原始状态，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。,四、飞机的飞行控制,飞机的稳定包括：,俯仰(纵向)稳定性:飞机绕横轴的稳定性,方向(偏航/航向)稳定性:飞机绕立轴的稳定性,横向稳定稳定性:飞机绕立轴的稳定性,四、飞机的飞行控制,飞机的俯仰稳定性,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（绕Z轴）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。,四、飞机的飞行控制,飞机主要靠水平尾翼来保证俯仰稳

19、定，而飞机的重心位置对飞机的俯仰稳定有很大影响。,瞬间扰动， 机头上抬,气流流速,扰动消失，攻角恢复原值,F(平尾附加升力）,俯仰稳定性的影响因素：重心位置，尾翼面积及其位置,四、飞机的飞行控制,飞机的方向（偏航）稳定性,飞机的方向（偏航）稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至偏航方向（绕Y轴）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。,四、飞机的飞行控制,飞机主要靠垂直尾翼来保证方向（偏航）稳定。,瞬间扰动力矩,气流流速,F（垂尾附加力）,扰动消失，恢复原来 的飞行姿态,四、飞机的飞行控制,飞机的横向（侧向）稳定性,飞机的横向（侧向）稳定性，指的是飞机绕X轴(纵轴）的稳

20、定性，也叫侧向稳定性。反映了飞机的滚转稳定特性,影响横向稳定性的主要因素是机翼的上反角、后掠角和垂尾,四、飞机的飞行控制,上反角的影响,瞬间扰动作用,气流流速,扰动消失，恢复 原来的飞行姿态,上反角越大，飞机的横向稳定就越好。相反，下反角则起横向不稳定作用。,右翼上抬,左翼下沉,四、飞机的飞行控制,后掠角的影响,当飞机受到扰动出现侧滑后，由于后掠角的存在，使两侧机翼上的有效速度大小不等，两侧机翼所产生的附加升力也就不等，两者之差相对于重心形成恢复力矩。,后掠角越大，侧向稳定作用也就越强，反则反之。,四、飞机的飞行控制,垂直尾翼之所以能对飞机产生横向稳定作用，是因为当出现了侧滑以后，垂直尾翼上产生的附加侧向力的作用点位于飞机重心的上方，因而相对于重心也形成恢复力矩。,垂尾作用,垂直面上相对于支撑面的重心位置,重心位置低，侧向稳定性较好上单翼飞机优于下单翼飞机,四、飞机的飞行控制,飞机稳定性的小结,稳定性越强时，操纵飞机改变飞行状态所需要的力矩就越大，因而操纵性较差。 稳定性强表明飞机受到干扰恢复的力矩强，因此不利于飞机的结构，造成乘客的不舒适感。 在飞机设计过程中，需综合考虑飞机的稳定性。,四、飞机的飞行控制,3、飞机的操纵性,飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。 飞机的操纵性则指的是飞机对操纵的反应特性，又可