3 第二章第三節(jié) 飛行基本原理及飛行控制

1、第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制第第三三節(jié)節(jié) 飛飛機的機體結(jié)構(gòu)機的機體結(jié)構(gòu)第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制一、飛行基本原理一、飛行基本原理 二、飛機的穩(wěn)定性和操縱性二、飛機的穩(wěn)定性和操縱性三、飛機的飛行過程三、飛機的飛行過程 第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制空氣動力空氣動力任何物體只要和空氣之間產(chǎn)生相對運動，空氣就會對它產(chǎn)生作用力。飛機的升力飛機的升力主要由機翼和空氣的相對運動而產(chǎn)生。風箏風箏利用風力人類制造了第一種重于空氣的飛行器。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制1 1、伯努利定理、伯努利定理18世紀，瑞士科學家伯努利通過對流體（包括氣體和液體）運動的深入研究建立了伯努利定理后，流體運動的基

2、本力學原理才得以展示，并出現(xiàn)了流體力學，從而奠定了飛機在空氣中運動的理飛機在空氣中運動的理論基礎論基礎。Daniel Bernoulli, 1700-1782.第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制1 1、伯努利定理、伯努利定理基本推到原理：基本推到原理：在不同截面處來測量管內(nèi)流體的流速v和流體對管壁的壓力P(我們稱之為流體的靜壓)由每個截面上垂直管中的液體高度表現(xiàn)出來。截面積為S，S1S2S3，液體流速V1V2P2P3P1P2P3第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制定性結(jié)論：在液體穩(wěn)定流動的條件下，流動是連續(xù)的，進口處和出口處所流過的流體質(zhì)量是相同的；截面小，流速大，靜壓??；截面大，流速小，靜壓大；1

3、 1、伯努利定理、伯努利定理第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制212tpVppppC動總靜1 1、伯努利定理、伯努利定理在流體流動中它的能量包括動能和勢能（壓力能）兩部分，根據(jù)能量守恒原理，如果把能量的損耗忽略不計，流體在各個截面上的能量總和是不變的；P是流體作用時在流體作用在容器壁上的壓強，是單體流體在靜止時所具有的能量；Q= 是動壓，是流體流動時在流動方向上所產(chǎn)生的壓強，送單位流體內(nèi)包含的運動能量，Pt 我們稱之為總壓，是單位流體內(nèi)動能和靜止能的總和；第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用伯努力定理在大氣中的使用伯努力定理在大氣中的使用（1 1）伯努利定理

4、在大氣中的應用）伯努利定理在大氣中的應用當把伯努利定理使用到大氣中的飛機時，可以把飛機相當于管壁，而管內(nèi)的流體就成了大氣，流體的靜壓力就是這一點的大氣壓力。流動的速度是空氣和物體之間的相對運動速度。2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用伯努力定理在大氣中的使用伯努力定理在大氣中的使用（1 1）伯努利定理在大氣中的應用）伯努利定理在大氣中的應用2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用伯努力定理在大氣中的使用伯努力定理在大氣中的使用（1 1）伯努利定理在大氣中的應用）伯努利定理在大氣中的應用第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制山谷里的風通常比平原大山谷里的風通常比平原大高樓大廈之間的對流高樓大廈

5、之間的對流通常比空曠地帶大通常比空曠地帶大河水在河道窄的河水在河道窄的地方流得快，河地方流得快，河道寬的地方流得道寬的地方流得慢慢2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用伯努力定理在大氣中的使用伯努力定理在大氣中的使用第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制火車站臺安全線火車站臺安全線由伯努利定理知：流動速度增加,流體的靜壓將減??；反之,流動速度減小,流體的靜壓將增加。但是流體的靜壓和動壓之和,稱為總壓始終保持不變。伯努利定理的證明：高速行駛的火車周圍有強大的氣流,人靠近的話即使不接觸也會把人帶倒,畫上安全線就是說保持一定的距離使氣流無法對人身造成傷害。 第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制流 線 體

6、的 流 線 譜斜 立 平 板 的 流 線 譜Q流線流線是流場中一條空間曲線，在該曲線上流體微是流場中一條空間曲線，在該曲線上流體微團的速度與曲線在該點的切線重合。團的速度與曲線在該點的切線重合。流速流速流線流線翼型翼型2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用（2 2）機翼上的升力）機翼上的升力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q相對運動-實際上是物體在空氣中運動，但為了研究方便，我們假設物體不動，空氣以相同的速度從相反方向流過來。這兩種運動中物體所受空氣給它的作用力是一樣的。2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用（2 2）機翼上的升力）機翼上的升力2 2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用

7、第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制前緣后緣翼型下曲度翼型上曲度迎角相對氣流弦長翼弦第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q翼型翼型-就是把機翼沿平行機身縱軸方向切下的剖面就是把機翼沿平行機身縱軸方向切下的剖面, ,機翼的翼型機翼的翼型是流線型的是流線型的, ,上表面彎曲大上表面彎曲大, ,下表面彎曲小或者是直線下表面彎曲小或者是直線；Q翼型的最前一點叫作翼型的最前一點叫作前緣點前緣點; ;Q翼型的最后一點叫作翼型的最后一點叫作后緣點后緣點; ;Q前緣點和后緣點的連線叫前緣點和后緣點的連線叫翼弦翼弦; ;Q迎角迎角-是翼弦和相對氣流方向的夾角是翼弦和相對氣流方向的夾角; ;前緣后緣翼型下曲度翼型上曲度迎

8、角相對氣流弦長翼弦第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Y Y升力升力機翼上表面空氣流速較快，壓力小，機翼下表面的空氣流動速較慢，壓強大。機翼上下表面的壓力差產(chǎn)生升力；Q Q阻力阻力要產(chǎn)生升力，機翼必須和空氣有相對運動，也就是飛機一定要向前運動。它向前運動的同時空氣就會產(chǎn)生阻力；R R空氣動力空氣動力阻力和升力的合力形成了向上、向后的力，叫做空氣動力；第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制推力產(chǎn)生速度產(chǎn)生相對氣流升力動力裝置第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q失速失速-飛機在形成迎角時，隨著迎角的增加，升力系數(shù)也增加，當迎角增大到某一個值，升力系數(shù)達到最大，之后迎角再增加，升力系數(shù)減小，這時就是失速了。2

9、2、伯努力定理的應用、伯努力定理的應用（2 2）機翼上的升力）機翼上的升力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制升力升力推力推力重力重力阻力阻力（1 1）飛機上的作用力）飛機上的作用力升力升力壓力差沿水平方向的分力即為阻力。壓力差沿水平方向的分力即為阻力。壓力差沿垂直方向的分力即為升力。壓力差沿垂直方向的分力即為升力。3 3、飛機上的作用力、飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制壓力差沿水平方向的分力即為阻力。壓力差沿水平方向的分力即為阻力。壓力差沿垂直方向的分力即為升力。壓力差沿垂直方向的分力即為升力。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制失速失速0()LLCC2

10、12LLVSC影響升力的因素影響升力的因素: :1、機翼面積S2、大氣密度3、飛機空速v4、升力系數(shù)CL第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制按照物理成因阻力可以分為:1、摩擦阻力2、壓差阻力3、誘導阻力4、干擾阻力5、激波阻力（高速飛行時產(chǎn)生）（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力阻力阻力3 3、飛機上的作用力、飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制 摩擦阻力摩擦阻力-由于空氣具有粘性，由于空氣具有粘性，當它流過飛機表面時，在飛機表當它流過飛機表面時，在飛機表面形成較大的速度梯度，從而產(chǎn)面形成較大的速度梯度，從而產(chǎn)生的阻力。生的阻力。附面層附面層（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力摩

11、擦阻力摩擦阻力 附面層附面層-外層空氣的流動速度逐外層空氣的流動速度逐漸加大，機體表面的阻滯作用逐漸加大，機體表面的阻滯作用逐漸減少，直到速度與外界自由流漸減少，直到速度與外界自由流速相等。這樣一流速有變化的空速相等。這樣一流速有變化的空氣稱之為氣稱之為“附面層附面層”；3 3、飛機上的作用力、飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q壓差阻力壓差阻力-空氣繞流飛機時前后形成的壓力差的阻力，它也是由空氣繞流飛機時前后形成的壓力差的阻力，它也是由于粘性造成的。如果沒有粘性，壓力分布不會造成這種阻力。于粘性造成的。如果沒有粘性，壓力分布不會造成這種阻力。3 3、飛機上的作用力、飛機上的作用力

12、（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力壓力阻力壓力阻力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制 摩擦阻力摩擦阻力-由于空氣具有粘性，當它流過飛機表面由于空氣具有粘性，當它流過飛機表面時，在飛機表面形成較大的速度梯度，從而產(chǎn)生的時，在飛機表面形成較大的速度梯度，從而產(chǎn)生的阻力。阻力。（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力壓力阻力壓力阻力3 3、飛機上的作用力飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q機身和機翼機身和機翼Q機身和尾翼機身和尾翼Q機翼和發(fā)動機短艙機翼和發(fā)動機短艙干擾阻力干擾阻力-飛機各部分之間由于氣流干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。飛機各部分之間由于氣流干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。摩擦阻力

13、、壓差阻力和干擾阻力通稱為摩擦阻力、壓差阻力和干擾阻力通稱為廢阻力。廢阻力。（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力干擾阻力干擾阻力產(chǎn)生干擾阻力的部位產(chǎn)生干擾阻力的部位3 3、飛機上的作用力飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q誘導阻力誘導阻力-由于產(chǎn)生升力，翼面上方壓力小而下方壓力大，由于產(chǎn)生升力，翼面上方壓力小而下方壓力大，空氣在翼尖從下翼面繞過翼尖流向上翼面形成渦流，從而產(chǎn)生空氣在翼尖從下翼面繞過翼尖流向上翼面形成渦流，從而產(chǎn)生誘導阻力。誘導阻力。（2 2）飛機上的作用力）飛機上的作用力誘導阻力誘導阻力3 3、飛機上的作用力飛機上的作用力第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制D=CD

14、 Pv2SW翼尖渦流第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制4 4、馬赫與激波、馬赫與激波在20世紀40年代，活塞式飛機的平飛速度達到每小時700多千米，俯沖時接近聲波速度，差不多到達了這種飛機的速度極限。當接近聲速時，飛機會出現(xiàn)劇烈的抖振，而且變得很不穩(wěn)定，幾乎無法操縱。有時會破壞飛機結(jié)構(gòu)如機翼和尾翼造成失事墜毀的悲慘結(jié)果。這就是所謂的“音障”。“音障”現(xiàn)象是飛機出現(xiàn)激波和波阻的結(jié)果。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制激波激波-當物體的運動速度等于或大于音速時，物體前方形成一層劇烈壓縮的空氣氣層，這里空氣密度急劇增加，阻力迅速增大，這種現(xiàn)象叫做激波。急劇增大的阻力稱為激波阻力，也叫聲障聲障。4 4、馬

15、赫與激波、馬赫與激波第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制空氣在通過激波時，受到薄薄一層稠密空氣的阻滯，使得氣流速度急驟降低，由阻滯產(chǎn)生的熱量來不及散布，于是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動能而來。在這里，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化-由動能變?yōu)闊崮苡蓜幽茏優(yōu)闊崮堋幽艿南谋硎井a(chǎn)生了一種特別的阻力。從能量的觀點來看，波阻就是這樣產(chǎn)生的。4 4、馬赫與激波、馬赫與激波第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制波阻的害處波阻的害處: :1、當飛行速度在音速附近時，根據(jù)計算，波阻可能消耗發(fā)動機大約全部動力的四分之三。2、高熱熱障 4 4、馬赫與激波、馬赫與激波波阻波阻空氣在通過激波時，受到這一薄層稠密空氣的阻滯，使流速急劇

16、降低，由阻滯而產(chǎn)生的熱量使空氣加溫。加溫所消耗的能量來自動能。動能的消耗表示產(chǎn)生了一種新的阻力。該阻力由于形成激波而產(chǎn)生，所以就叫“波阻”。減小激波阻力的措施減小激波阻力的措施-采用后掠翼采用后掠翼 后掠翼上表面達到臨界速度要高于平直機翼，因而，高亞音速飛機采用后掠翼 ，速度越高，后掠翼越大。 大型民航機后掠角度在25到40之間。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制VMaQ馬赫數(shù)馬赫數(shù)-飛行速度與聲速的比值稱為馬赫數(shù)飛行速度與聲速的比值稱為馬赫數(shù). .用用M M表示表示. . QM小于0.4的飛機一般稱為低速飛機QM在0.4-0.9的飛機稱為亞音速飛機， 其中0.75-0.9之間,稱為高亞音速飛機

17、QM在0.9-1.2的范圍時稱為跨音速區(qū)域,沒有飛機專門在這個區(qū)域飛行QM在1.3以上飛行的飛機稱為超音速飛機4 4、馬赫與激波、馬赫與激波第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制臨界馬赫數(shù)臨界馬赫數(shù)-飛機產(chǎn)生局部激波時的飛行馬赫數(shù)，即飛機表面速度最大點的M=1時的飛行馬赫數(shù)。M M臨臨是亞聲速和跨聲速的分界點,此時所產(chǎn)生的局部激波同樣也對飛機有著不利的影響；阻力突然增大阻力突然增大4 4、馬赫與激波、馬赫與激波第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制4 4、馬赫與激波、馬赫與激波飛機速度達到M臨時，局部阻力增加很大，甚至會使結(jié)構(gòu)受損，尤其是局部激波后面的附面層很容易分離，機翼上表面的局部激波會使機翼升力下降

18、造成“激波失速激波失速”；vvv1平直機翼平直機翼后掠機翼后掠機翼流過平直機翼和后掠機翼的氣流速度流過平直機翼和后掠機翼的氣流速度第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制翼刀小翼翼刀小翼解決局部激波的問題解決局部激波的問題采用后掠機翼提高采用后掠機翼提高M M臨和降低波阻。臨和降低波阻。后掠翼提高了后掠翼提高了M M臨臨，推遲局部激波出現(xiàn)，使飛機的速度提高，同時它擁，推遲局部激波出現(xiàn)，使飛機的速度提高，同時它擁有的升力卻減少了，因而低速飛機不采用后掠機翼，高速飛機需要低速有的升力卻減少了，因而低速飛機不采用后掠機翼，高速飛機需要低速飛行時，特別是起飛降落時，機翼升力不夠，需要采用增生裝置來提高飛行時，

19、特別是起飛降落時，機翼升力不夠，需要采用增生裝置來提高飛行性能。飛行性能。采取后掠飛機在機翼上增加了翼刀或翼尖小翼，用采取后掠飛機在機翼上增加了翼刀或翼尖小翼，用以減緩氣流在機翼以減緩氣流在機翼延伸方向的流動，并增加機翼的抗扭曲剛度延伸方向的流動，并增加機翼的抗扭曲剛度。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制1969年美國國家航空航天局（NASA）蘭利研究中心的理查德.惠特科姆運用理論方法設計出超臨界翼型，特點是前緣鈍圓，上表面平坦，下表面在后緣處有反凹，且后緣較薄并向下彎曲。與普通翼型相比可提高臨界馬赫數(shù)0.06-0.1。使飛機的速度提高，使用這種機翼可減少飛機的后

20、掠角，減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量。第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制第第三三節(jié)節(jié) 飛機的飛機的飛行飛行控制控制第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制1 1、飛機的平衡、飛機的平衡機體坐標軸：機體坐標軸：縱軸、橫軸、立軸縱軸、橫軸、立軸第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制（1 1）俯仰平衡）俯仰平衡繞橫軸的轉(zhuǎn)動稱為繞橫軸的轉(zhuǎn)動稱為俯仰俯仰第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制（2 2）方向平衡）方向平衡繞立軸的轉(zhuǎn)動稱為繞立軸的轉(zhuǎn)動稱為偏航偏航第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制（3 3）橫側(cè)平衡）橫側(cè)平衡繞縱軸的轉(zhuǎn)動稱為繞縱軸的轉(zhuǎn)動稱為滾轉(zhuǎn)滾轉(zhuǎn)第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制TD0 0 0XTDYCL G TZ第三節(jié) 飛行的

21、基本原理和飛行控制LTGDGLD上升下降受力分析上升下降受力分析第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制2 2、飛機的穩(wěn)定性、飛機的穩(wěn)定性Q穩(wěn)定性穩(wěn)定性-飛機在受到外界擾動偏離其平衡位置之后，飛機在受到外界擾動偏離其平衡位置之后，不需要駕駛員干預，能夠自動恢復到原來的平衡狀態(tài)，不需要駕駛員干預，能夠自動恢復到原來的平衡狀態(tài)，飛機就是具有穩(wěn)定性的。飛機就是具有穩(wěn)定性的。(c) (c) 負穩(wěn)定性負穩(wěn)定性(b)(b)中性穩(wěn)定中性穩(wěn)定(a) (a) 正穩(wěn)定性正穩(wěn)定性第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制飛機具有穩(wěn)定性飛機具有穩(wěn)定性飛機不具有穩(wěn)定性飛機不具有穩(wěn)定性飛機具有中立穩(wěn)定性飛機具有中立穩(wěn)定性（1）飛機的穩(wěn)定性）飛機的穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性（繞橫軸的穩(wěn)定性）縱向穩(wěn)定性（繞橫軸的穩(wěn)定性）第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制Q氣動中心在重心之后氣動中心在重心之后Q水平尾翼水平尾翼第三節(jié) 飛行的基本原理和飛行控制（2）飛機的穩(wěn)定性）飛機的穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性（繞立軸的穩(wěn)定性）方向穩(wěn)定性（繞立軸的穩(wěn)定性）Q垂直