民航概论飞行基本原理

1、 第二节第二节 飞行基本原理飞行基本原理 第二章 民用航空器 Q飞机升力的产生飞机升力的产生 Q飞机的飞行控制飞机的飞行控制 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产生任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产生 作用力，这个力就是空气动力。作用力，这个力就是空气动力。 1、伯努力定理、伯努力定理 Daniel Bernoulli, 1700-1782. Q连续性连续性 Q截面小，流速大，静压小截面小，流速大，静压小 Q截面大，流速小，静压大截面大，流速小，静压大 1122 V AV A 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生

2、1、伯努力定理、伯努力定理 2 1 2 t pVpC p:静压静压 :动压动压 pt:总压总压 2 1 2 v A V P A V P 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 1、伯努力定理、伯努力定理 h p t p 1 h 2 h h V 2 1 2 t pVpC 2() t PP v 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用伯努力定理在大气中的使用伯努力定理在大气中的使用 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 山谷里的风通常比平原大山谷里的风通常比平原大 高楼大厦之间的对流高楼大厦之间的对流 通常比空旷地带大通常比空旷地带大 2、伯努力

3、定理的应用、伯努力定理的应用伯努力定理在大气中的使用伯努力定理在大气中的使用 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 道宽的地方流得道宽的地方流得 慢慢 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用伯努力定理在大气中的使用伯努力定理在大气中的使用 人人压强大压强大 安全线安全线 地铁地铁 V 压强小压强小 V P V P 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 Q相对运动相对运动-实际上是物体在空气中运动，但为了研究方便，实际上是物体在空气中运动，但为了研究方便， 我们

4、假设物体不动，空气以相同的速度从相反方向流过来。我们假设物体不动，空气以相同的速度从相反方向流过来。 这两种运动中物体所受空气给它的作用力是一样的。这两种运动中物体所受空气给它的作用力是一样的。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 Q流线流线-是流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团是流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团 的速度与曲线在该点的切线重合。的速度与曲线在该点的切线重合。 烟风洞翼型绕流实验烟风洞翼型绕流实验 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的

5、升力 Q翼弦翼弦-翼型的最前一点叫作前缘点，翼型的最后一翼型的最前一点叫作前缘点，翼型的最后一 点叫作后缘点，前缘点和后缘点的连线叫翼弦。点叫作后缘点，前缘点和后缘点的连线叫翼弦。 Relative Wind Chord line 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 Q翼型翼型-就是把机翼沿平行机身纵轴方向切下的剖面就是把机翼沿平行机身纵轴方向切下的剖面,机翼的机翼的 翼型是流线型的翼型是流线型的,上表面弯曲大上表面弯曲大,下表面弯曲小或者是平面。下表面弯曲小或者是平面。 Q迎角迎角(攻角攻角)-是翼弦和相对气流方向的夹角

6、是翼弦和相对气流方向的夹角.翼弦向上形成翼弦向上形成 正迎角正迎角,向下为负迎角。向下为负迎角。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪 一个更快？一个更快？ 起 点 终 点 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 Q当机翼表面压强低于大气压，称为吸

7、力。当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。 Q当机翼表面压强高于大气压，称为压力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 Q失速失速-中小迎角时，随着迎角的增加，升力系数也增中小迎角时，随着迎角的增加，升力系数也增 加，当迎角增大到某一个值，升力系数达到最大，之后加，当迎角增大到某一个值，升力系数达到最大，之后 迎角再增加，升力系数减小，这时就是失速了。迎角再增加，升力系数减小，这时就是失速了。 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 Stall Stalling angle Slope 2 0 lj MAX L C L C 0

8、() LL CC 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用机翼上的升力机翼上的升力 o 15 o 20 o 0 o 5 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 飞行方向飞行方向 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 压强高于压强高于 环境气压环境气压 压强低于压强低于 环境气压环境气压 压强低于压强低于 环境气压环境气压 气动中心气动中心 前半部分合力前半部分合力 后半部分合力后半部分合力 第二章 第二节 飞行基

9、本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 作用在飞机上的空气动力，垂直于速度方向的分量是作用在飞机上的空气动力，垂直于速度方向的分量是 升力，平行于速度方向的分量就是阻力。升力，平行于速度方向的分量就是阻力。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 0 () LL CC 2 0LDD CACC 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力

10、定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 飞机阻力按物理成因可分为：飞机阻力按物理成因可分为： Q 摩擦阻力摩擦阻力 Q 压差阻力压差阻力 Q 干扰阻力干扰阻力 Q 诱导阻力诱导阻力 Q 激波阻力激波阻力 其中激波阻力只有高速飞行才会遇到其中激波阻力只有高速飞行才会遇到 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 Q 摩擦阻力摩擦阻力-由于空气具有粘性，当它流过飞机表面时，在由于空气具有粘性，当它流过飞机表面时，在 飞机表面形成较大的速度梯度，从而产生的阻力。飞机表面形成较大的速度梯度，从而产生的阻力。 Boundary lay

11、er 99%v 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 Q压差阻力压差阻力-空空 气绕流飞机时前气绕流飞机时前 后形成的压力差后形成的压力差 的阻力，它也是的阻力，它也是 由于粘性造成的由于粘性造成的 。如果没有粘性。如果没有粘性 ，压力分布不会，压力分布不会 造成这种阻力。造成这种阻力。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 干扰阻力干扰阻力-由飞机不同部分结合引起的气流干扰而产生的。由飞机不同部分结合引起的气流干扰而产生的。 第二章 第二节 飞行

12、基本原理飞机升力的产生 减小它的方法是：在结合部位加整流罩或做成融合式的。减小它的方法是：在结合部位加整流罩或做成融合式的。 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 Relative Wind L Di downwash Induced drag Q诱导阻力诱导阻力-由于产生升力，翼面上方压力小而下方由于产生升力，翼面上方压力小而下方 压力大，空气在翼尖从下翼面绕过翼尖流向上翼面形压力大，空气在翼尖从下翼面绕过翼尖流向上翼面形 成涡流，从而产生诱导阻力。成涡流，从而产生诱导阻力。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机

13、上作用的力飞机上作用的力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用飞机上作用的力飞机上作用的力 翼尖小翼翼尖小翼 （winglet） 加装翼尖小翼可加装翼尖小翼可 以减小诱导阻力以减小诱导阻力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 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 (Par

14、asite Drag) 粘性粘性 升力升力 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 Q音速是微弱扰动传播的速音速是微弱扰动传播的速 度，音速表征了空气的传播度，音速表征了空气的传播 和压缩特性。和压缩特性。 V=0 a 3 a 4 a 2 a a 3a 4a2a Va V 2V 3V 4V a 3a 4a 2a V=a Mach core aKRT 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速高速 飞行的问题飞行的问题 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力

15、定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 V M a Q马赫数马赫数-飞行速度与音速的比值称为马赫数飞行速度与音速的比值称为马赫数.用用M表示表示. QM小于小于0.4的飞机一般称为低速飞机的飞机一般称为低速飞机 QM在在0.40.9的飞机称为亚音速飞机，的飞机称为亚音速飞机， 其中其中0.750.9之间之间,称为称为 高亚音速飞机高亚音速飞机 QM在在0.91.2的范围时称为跨音速区域的范围时称为跨音速区域,没有飞机专门在这个区没有飞机专门在这个区 域飞行域飞行 QM在在1.3以上飞行的飞机称为超音速飞机以上飞行的飞机称为超音速飞机 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生

16、 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 Q激波激波-当物体的运动速度等于或大于音速时，物体前方当物体的运动速度等于或大于音速时，物体前方 形成一层剧烈压缩的空气气层，这里空气密度急剧增加，形成一层剧烈压缩的空气气层，这里空气密度急剧增加， 阻力迅速增大，这种现象叫做激波。急剧增大的阻力称为阻力迅速增大，这种现象叫做激波。急剧增大的阻力称为 激波阻力，也叫音障。激波阻力，也叫音障。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 临界马赫数临界马赫数-飞机产生局部激波时的飞行马赫数，即飞机表飞机产生局部

17、激波时的飞行马赫数，即飞机表 面速度最大点的面速度最大点的M=1时的飞行马赫数。时的飞行马赫数。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 怎么样能让飞机飞得怎么样能让飞机飞得 尽可能快但又可以避尽可能快但又可以避 开激波阻力？开激波阻力？ 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 采用后掠翼可以提高下临采用后掠翼可以提高下临 界马赫数！界马赫数！ 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问

18、题 翼尖先失速翼尖先失速 ？ 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 后掠翼飞机改善翼尖先失速的措后掠翼飞机改善翼尖先失速的措 施施 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 翼刀翼刀 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 阻力相关资料 典型飞机阻力构成 阻力名称亚音速运 输机 超音速战 斗机 单旋翼直 升机 摩擦阻力45%23%25% 诱导阻力40%29%25% 干扰阻力7%6%40% 激波阻力3%35%5% 其他阻力5%7%5% 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 1969年美国

19、国家航空航天局（年美国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的理查）兰利研究中心的理查 德德.惠特科姆运用理论方法设计出超临界翼型，特点是前缘惠特科姆运用理论方法设计出超临界翼型，特点是前缘 钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反凹，且后缘较薄并钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反凹，且后缘较薄并 向下弯曲。与普通翼型相比可提高临界马赫数向下弯曲。与普通翼型相比可提高临界马赫数0.06-0.1。 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生 2、伯努力定理的应用、伯努力定理的应用高速飞行的问题高速飞行的问题 波音波音757采用了超临界翼型采用了超临界翼型 第二章 第二节 飞行基本原理飞机升力的产生

20、 第二节第二节 飞行基本原理飞行基本原理 第二章 民用航空器 Q飞机升力的产生飞机升力的产生 Q飞机的飞行控制飞机的飞行控制 1、飞机的平衡、飞机的平衡 机体坐标轴机体坐标轴纵轴、横轴、立轴纵轴、横轴、立轴 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 1、飞机的平衡、飞机的平衡俯仰平衡俯仰平衡 绕横轴（绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰轴）的转动称为俯仰 Q获得俯仰平衡的条件获得俯仰平衡的条件0 Z M 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 1、飞机的平衡、飞机的平衡方向平衡方向平衡 0 y MQ获得方向平衡的条件获得方向平衡的条件 绕立轴（绕立轴（OY轴）的转动称为偏航轴）的转动称为偏航

21、第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 1、飞机的平衡、飞机的平衡横侧平衡横侧平衡 绕纵轴（绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转轴）的转动称为滚转 0 x M Q获得横侧平衡的条件获得横侧平衡的条件 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 1 1、飞机的平衡、飞机的平衡 T D 0 0 0 XTD YCLGT Z 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 L T G D G L D 上升下降受力分析上升下降受力分析 1、飞机的平衡、飞机的平衡 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性 Q稳定性稳定性-飞机在受到外界扰动偏离其平衡位置之后，飞机在受到外界扰动

22、偏离其平衡位置之后， 不需要驾驶员干预，能够自动恢复到原来的平衡状态，不需要驾驶员干预，能够自动恢复到原来的平衡状态， 飞机就是具有稳定性的。飞机就是具有稳定性的。 (c) negative(b) neutral(a) positive 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 2 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性纵向稳定性（绕横轴的稳定性）纵向稳定性（绕横轴的稳定性） 飞机具有稳定性飞机具有稳定性 飞机不具有稳定性飞机不具有稳定性 飞机具有中立稳定性飞机具有中立稳定性 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性纵向稳定性（绕横轴的稳定性）纵向稳定性（绕横轴的稳定性） Q气动中心在焦点之后气动中心在焦点之后 Q水平尾翼水平尾翼 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 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 第二章 第二节 飞行基本原理飞机的飞行控制 2、飞机的稳定性、飞机的稳定性方向稳定性（绕立轴的稳定性）方向稳定性（绕立轴的稳定性） 方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生