空气动力学基础03飞行理论

1、空气动力学和飞行原理，第3章飞行理论，知识是掌握飞机重心、飞机机身坐标和飞机空中运动自由度，掌握飞行时作用于飞机的外载荷及其平衡方程，掌握载荷系数概念，如巡航飞行、起飞和着陆、水平转弯和内侧滑， 掌握等速上升和等速下降的相关计算要求掌握上升原理和上升装置的3.1飞机的重心，飞机机身的坐标和飞机在空中运动的自由度，飞机的重力w飞机的飞机机身和飞机搭载的所有设备，燃料，货物， 乘客等重量之和飞机重心飞机重力作用点飞机重心在飞机机身对称面内的重心位置：确定飞机在空中的运动特性的基本方法是把飞机看作刚体(不考虑飞机机身的弹性变形)，所有质量集中在飞机重心，把飞机整体的运动轨迹替换为飞机重心的运动轨迹。

2、 飞机的运动全机随着重心的移动绕重心旋转，飞机机身坐标O(Xt，Yt，Zt ) :固定在飞机机身上，与随机体一起原点运动：重心o纵轴OX :平行于飞机机身的轴线，机头的立轴(纵轴) OY :在飞机的对称面内，垂直OX轴，客舱的上方横轴OZ :垂直飞机的对称指向右翼飞机重心的自由度移动： Xt轴，沿Yt轴和Zt轴的平移旋转：绕Xt轴的滚动，绕Yt轴的偏航和绕t轴的间距，3.2飞行时作用于飞机的外负荷及其平衡方程，作用于飞机的外力重力w，空气动力(提升力l，阻力d，横向力z )，发动机推力p。 力是改变飞机重心平移运动状态的原因。 扭矩滚动力矩：围绕纵轴x的力矩偏航力矩：围绕纵轴y的力矩间距力矩：

3、围绕横轴z的力矩是使飞机围绕重心的旋转运动状态发生变化的原因。 飞机飞行时力的平衡方程对飞机机身坐标系：三个力的平衡方程： X=0，Y=0，Z=0三个力矩的平衡方程： MX=0，MY=0，MZ=0此时飞机处于平衡的飞行状态，速度的大小和方向不变。 这样的飞行状态也称为定常飞行。 飞机在某个高度进行科鲁兹飞行、等速上升、等速下降等是正常飞行。 为了保持飞机的水平等速飞行，作用于飞机的外负荷必须满足以下各式：如果作用于飞机的外负荷不满足平衡方程，飞机就会进行变速运动，速度的大小和方向发生变化，改变原来的飞行状态。 飞机俯冲提起时的力量状况飞机受到的向心力这一向心力由飞机的提升力提供。 飞机俯冲飞行

4、到轨道上的最低位置时，飞机的提升力达到最大值，飞机的提升力必须等于飞机重力与向心力之和。 所以，飞机俯冲发动机动飞行时，提升力可能比飞机重力大得多。 飞机俯冲提起时的速度越大，轨迹半径越小，需要的提升力越大。 3.3载荷系数，载荷系数(过载) n是为了说明飞机在各种飞行状态下的力量状况而引起的无量纲系数。 除了飞机重力之外，沿着飞机飞机机身坐标轴的方向上的其他外负荷与飞机重力之间的比被称为飞机同向载荷系数，并且分别用nx、ny、nz来表示。 大小：这个方向的外负荷(飞机重力除外)是飞机重力的数倍。 正负：表示外负荷的方向一般与飞机的过载是ny，汽车的过载飞机是指例如俯冲、俯冲、水平转弯等驾驶员

5、操纵飞机使飞机提升力变化的过载。 疾风过载飞机在飞行中遇到疾风，特别是垂直疾风，改变飞机的飞行速度和迎角也会引起飞机的提升力变化，这时发生过载的呐喊。 飞机俯冲提起时，飞机的提升力为飞机曲线飞行提供了向心力，可能达到飞机重力的数倍。 此时，过载ny是远大于1的正值。 当飞机进入俯冲时，如果俯冲棒飞机低头，仰角变负，产生的提升力指向立轴(y轴)的负方向，此时飞机的过载ny变负。飞机从平飞减速缓慢转变为下降过载的是小于1.0的正数。 飞机等速直线水平飞行过载系数等于1.0。 过载系数的意义过载系数的大小表示飞机承受外部负荷的程度。 过载表显示了飞机实际过载系数的数值。 过载表数值过大，检查飞机机身

6、结构，记录在飞机的个人简历上。3.4巡航飞行、起飞和着陆、3.4.1巡航飞行1 .平飞所需速度和所需功率(1)平飞所需速度：为了获得维持飞机平飞所需的提升力，飞机的飞行速度称为平飞所需速度。 飞机的载货量越大，平飞所需的速度就越大。 巡航飞行时：减小迎角可以增加平飞所需的速度，减小平飞所需的速度。 (2)平飞所需的功率n平飞推力克服阻力使飞机前进时办事儿飞机。 推力在单位时间内进行的工作是平飞所需功率p平飞：平飞时的必要推力，2 .最大平飞速度和最小平飞速度(1)最大平飞速度v平飞最大是指，在发动机满足阿克赛(额定阿克赛)的状态下，飞机进行水平直线飞行时能够实现的最高稳定平飞速度。 达到v平飞

7、的最大条件：该高度飞机平飞所需的推力(或必要的功率)=额定状态下的发动机可使用的推力或张力(或可使用的功率)、推力曲线p平飞：克服阻力，飞机平飞所需的推力p可使用：由发动机可使用的推力、发动机的性能决定升交点： v平飞最大。 在升交点左边残留的推力升交点右边不能稳定飞行，不同飞行高度下飞机水平飞行所需的推力不同，发动机的可用推力也不同。 随着高度的增加，最大平飞速度逐渐减小。 飞机的最大平飞速度不仅限于发动机的可用推力，也与飞机结构的力量有关。 低于巡航高度时，飞机能达到的平飞速度小于最大平飞速度。 (2)最小小平飞行速度v平飞最小飞机维持水平飞行的最低稳定速度。 影响因素：最大升力系数，发动

8、机推力为保证提升力，转角为保证尽可能大的稳定，不可超过临界转角。 当飞行高度逐渐增加时，如果接近临界迎角飞行，增大的阻力可能超过发动机的可用推力，最小二乘飞行速度可能增加。 此时，飞机的最小二乘法由发动机的可使用推力限制。 水平飞行高度为15km的飞机所需的推力和发动机可使用的推力这两条曲线的左升交点对应的速度，飞机的最小二乘飞行速度随着高度的增加而增大。 3 .飞机平飞速度范围从最小平飞速度到最大平飞速度称为飞机平飞速度范围。 飞机的平飞速度范围越宽，表明飞机的平飞性能越好。 飞机的最小二平均飞行速度和最大平均飞行速度随飞行高度而变化，飞机的平均飞行速度范围也随飞行高度而变化。 该变化情况可

9、以用飞行包络线来表现，平飞包络线横轴：飞行速度纵轴：飞行高度左界限线：最小小平飞行速度线各点速度在失速速度右界限线：最大平均飞行速度线巡航高度以下：飞机强度巡航高度以上：发动机推力，4 .飞机包络线飞机飞行包络线飞行高度、飞行速度， 以载荷系数等飞行残奥表为坐标，在飞行的各种限制条件下，用一条闭合曲线包围着飞机飞行时可能出现的飞行残奥表的各种组合。 由这条闭合曲线组成的图形被称为飞机的飞行包复线。 飞机在飞行中出现的各种飞行残奥仪表的组合，只能出现在飞行中的被复线范围内，或者飞行中的被复线边界线上。 飞机包线研究飞机飞行的意义是：飞机包线边界线或范围内的几个点所表示的飞行残奥仪的组合，是研究飞

10、机结构受力和飞机飞行性能的代表性研究。、速度-过载包络线的最大正过载负荷曲线：表示飞机结构在不同飞行速度下达到最大正过载飞行状况的严重情况，最大负载过载负荷曲线：表示飞机结构负载在不同飞行速度下达到最大负载过载飞行状况的严重情况的最大速度曲线：飞机过载未必最大。 也就是说，飞机的提升力不一定是最大的，但是机翼表面的局部气压负荷较大，是压力中心向后靠，尝试机翼结构局部强度的严重负荷状况。 5 .巡航性能巡航速度：达到每公里燃油消耗率最小的飞行速度，即与最大行程对应的飞行速度。 旅程：飞机在无风和不加油的条件下，在连续飞行中可以使用燃料时飞行的水平距离用尽了。 航行时：飞机耗尽燃料时，可以继续飞行

11、的时间。 3.4.2起飞、起飞从起飞线星空卫视，经过滑行-上升到地面-安全高度(飞机比起飞面高10.7米的CCAR-25 )的全过程。 主要性能指标地面滑行距离，地面速度和起飞距离，1 .地面速度飞机起飞滑行，提升力恰好等于飞机重量时的瞬时速度称为地面速度。 起飞速度与飞机的起飞重量、空气密度和起飞时的升力系数有关。 起飞距离起飞距离是指飞机开始滑行超过安全高度时通过的水平距离。 有必要考虑起飞滑行的加速、起飞地的提升、向安全的离度的上升这3个阶段。 起飞距离与飞机起飞重量、发动机推力、大气条件、上升装置的使用、上升阶段上升角的选择等有关。 3.4.3着陆后，着陆器通过安全高度(比着陆面高1.

12、5米的CCAR-25 )，下降、下降、接地滑行到完全停止的全过程称为着陆。 在五个阶段下降、调平、平飞减速、着地、着陆滑行、1 .着地速度飞机着陆中着地瞬间的速度。 接地速度越小，k :校正因数飞机的接地速度与飞机着陆重量、空气密度和着陆时的升力系数有关。 着陆滑行距离飞机从接地点经滑行减速到完全停止的距离，与着陆滑行距离着陆滑行距离的长度和接地速度的大小、滑行减速的速度有关。 为了在飞机滑行中降低速度，着陆后打开减少上升阻力的扰流板，使用刹车器和发动机的逆推装置。 3.5水平转弯和内侧滑、水平转弯飞机在水平面内连续改变飞行方向的曲线运动。 水平转弯：航向变化角度大于360水平转弯：航向变化角

13、度小于360速度方向的变化，对飞机运动的向心加速度an :加速度方向与航迹垂直，指向航迹中心。 在、向心力Fn飞机正常水平转弯时，作用于飞机的外负荷：也称为飞机的倾斜角、转弯坡度。 飞机水平转弯时，提升力提供了垂直分量和飞机重力平衡的水平分量使飞机曲线运动的向心力。 在驾驶、飞机进行水平转弯时，首先要驾驶说唱乐，使飞机倾斜而产生横滚角，提升力在水平方向上产生成分，为飞机的转弯提供向心力。 在保持飞行速度一定的同时，要云同步，向后运种子，抬头看飞机，加大仰角，增加提升力，使提升力在垂直方向的分量与飞机的重力平衡，防止飞机在水平转弯时下降高度。 另外，迎角的增大不仅增加了提升力，也增加了阻力。 为

14、了保持飞行速度的大小一定，要求增大发动机推力，达到增大平衡的抵抗力，推力等于抵抗力。 飞机水平转弯时的载荷系数ny的数值：转弯时，飞机的倾斜角越大，载荷系数越大，所需提升力越大。 在实际飞行中，飞机可以产生的提升力受到飞机结构强度、发动机推力、飞机极限转角的限制，因此飞机转弯时的最大倾斜角也受到限制。、内侧滑飞机的飞机机身坐标轴在z轴方向的移动称为内侧滑。 发生内侧滑时，飞机的对称面与相对流动所成的角度称为内侧滑角，用表示。 在操纵飞机的水平转弯时，要蹬舵，或者利用上说唱乐一侧的扰流板产生的阻力，使头部与气流吻合，防止内侧滑。 内侧内侧滑的外侧内侧滑飞机转弯时，如果说唱乐和方向舵操纵不顺利，飞

15、机就在转弯时发生内侧滑。 因此，为了使飞机进行无内侧滑的正常水平转弯，需要协调操纵说唱乐、升降舵和方向舵。 同时，配合发动机的阿克赛操作，保持适当的推力。 3.6等速上升和等速下降，3.6.1等速上升等速上升是为了获得飞行高度，飞机沿着斜向上的直线等速上升。 等速上升时：需要的提升力比飞机的重力小，但需要的推力比飞行的阻力大。 如果有剩馀的推力，飞机可以等速上升。 飞机的重量越轻，剩馀的推力越大，可以选择的飞机的上升角就越大。 爬升率在单位时间内飞机等速上升的高度。 理论上升极限飞机等速上升时，随着飞行高度的增加，空气密度逐渐变暗，飞行迎角必须增加。 为了得到大的升力系数，飞行的阻力不断增大。

16、 随着飞行高度的增加，发动机可用推力减小，飞机剩馀推力迅速下降，爬升率逐渐减小。 当爬升率为零时，飞机上升的高度称为理论上升极限。 但是，实际上，当爬升率低于某个规定值时，飞机到达的高度称为上升限度(实用上升限度)。 3.6.2等速下降，等速下降的飞机在零推力状态下，沿直线等速下降的运动。 此时，作用于飞机的外载荷也是平衡力系。 上升阻力比越大，下降时的下降角越小，下降高度一定时，下降距离变长。 在推力为零的状态下，下降角和下降距离与飞机的重力无关。 3.7的上升原理和上升装置，3.7.1的上升装置的功能和上升原理的目的是以低速度得到大的提升力，降低飞机的起飞着陆速度，改善飞机的起飞着陆性能，

17、提高飞机的起飞着陆的安全性。 提升装置的工作原理： (1)改变翼的截面形状，增大翼型的弯曲，增大翼的弯曲，翼面的气流流速加快，增大翼面的负压值，提高升力系数。 但是，翼的弯曲越大，压差阻力就越大，临界迎角值就越小。 (2)增大翼面积增大翼面积时，提升力增加，但对云同步的阻力也增加。 (3)控制机翼上的表面层，减缓气流分离控制表面层，是一些利用空气动力学表面的气动装置不断向表面层输入动能，或者是将表面层吸走或吹散。 这些个的方法可以加速表面层内的气流流动，减少表面层的厚度，延缓表面层的分离。 这个上升原理的主要作用是提高临界迎角值，防止飞机以大的迎角失速，其次也可以提高升力系数。 3.7.2上升

18、装置，1 .后缘襟翼(1)简单说唱乐，在翼的后缘可以以旋转轴为中心旋转的小翼面。 不使用的情况下，关闭成为翼的后缘的一部分。使用时向轴向下偏向的上升原理：改变翼的截面形状，增大翼的弯曲，使上翼面的气流加速，使下翼面的气流减速，增大上下翼面的压力差，增大提升力。 (2)开裂式自说唱乐装置在翼后缘的下方具备绕轴旋转的板部件。 不使用时回收，与翼的下表面紧密接触，成为翼的后缘下表面的一部分，使用时沿轴向打开。 上升的原理是增加机翼的弯曲。 另外，打开时，在富说唱乐和翼后缘上表面之间形成低压区域，吸引上表面的气流，使其更快地流动，增加上下翼面的压力差，增大提升力，从富说唱乐前缘的正中向富说唱乐前缘的下表面移动。上升原理：加大叶片弯曲，特罗尔表面层，(4)后退式叶片说唱乐运动，叶片说唱乐一边后退，一边向下偏转，增大叶片弯曲和叶片面积，上升效果好。 (5)后退狭缝式复盖说唱乐动作时，在复盖说唱乐一边后退一边向下方偏转的云同步上，在复盖说唱乐的前缘与翼的后部之间形成收敛式的间隙，加速下翼面的高压气流并向上翼面喷射，加速上翼面的表面层的流动，防止气流分离。 也被称为富勒夫说唱乐。