第04章 飞行原理 航空概论

1、航空航天概论 回目录页一个方程：连续性方程一个方程：连续性方程一个概念：流线一个概念：流线一个定理：伯努利定理一个定理：伯努利定理一个推论一个推论一个小实验：纸条吹风试验一个小实验：纸条吹风试验两个实例两个实例第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.1回目录页流体连续性方程的实质：流体连续性方程的实质： 变截面流体管变截面流体管道中，单位时间内流体通过任一截面的流道中，单位时间内流体通过任一截面的流量（量（ s v）相等。）相等。流体连续性方程：流体连续性方程： 1s1v1= 2s2v2 = 3s3v3 =const.即：即： s v = const. 当流体不可压缩时，当流体不

2、可压缩时，即：即： = const. 时：时：有：有：s v = const.第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.1回目录页 流线：流体微团流动所经过的路线。流线：流体微团流动所经过的路线。 在管道中流体流速的快慢，可用管道中流线的在管道中流体流速的快慢，可用管道中流线的稠密程度来表示。凡是流线稠密的地方，表示管道稠密程度来表示。凡是流线稠密的地方，表示管道细，流体受到约束，流速快；反之，则慢。细，流体受到约束，流速快；反之，则慢。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.1伯努利定理伯努利定理 管道中以稳定的速度流动的流体，若流体管道中以稳定的速度流动的流体，若

3、流体不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道各不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量。点的流体的动压与静压之和等于常量。伯努利方程伯努利方程 p+1/2 v2 = P = const.回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理低速流动空气的特性低速流动空气的特性 根据流体连续性方程和伯努利定理，可根据流体连续性方程和伯努利定理，可以得到以下：以得到以下：流体在管道中流动时，凡是管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，流体的道剖面大的地方，流体的流速就小，流体的静压静压 就大，而管道剖面小的地方，流速就大，就大，而管道剖面小的地

4、方，流速就大，静压就小。静压就小。即：即： 若若 s1 s2 s3 则则 v1 v2 v3 p1 p2 p3 4.1回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.1回目录页压力压力第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.1回目录页生活中的两个实例生活中的两个实例 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理 4.2.1 机翼、翼型及其有关参数机翼、翼型及其有关参数：机翼的横剖面形状。翼形最前端：机翼的横剖面形状。翼形最前端的一点叫的一点叫“前缘前缘”，最后端一点，最后端一点叫叫“后缘后缘”。：机翼翼尖两端点之间的距离，也：机翼翼尖两端点之间的距离，也叫展长，

5、以叫展长，以“L”表示。表示。 4.2.1(1)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理：翼型前后缘之间的连线；其长度：翼型前后缘之间的连线；其长度称为弦长，通常以称为弦长，通常以 b 表示。若机表示。若机翼的平面形状不是矩形，则采用翼的平面形状不是矩形，则采用“平均气动力弦长平均气动力弦长”来代替弦长，来代替弦长，平均气动力弦长用平均气动力弦长用bba表示，定义表示，定义为：为： bba=S/L。 4.2.1(2)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理：以翼弦为基础作垂线，每一条垂：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线在翼形内的长度

6、即为该处的翼型厚度，以型厚度，以c表示。表示。最大厚度cmax相对厚度：厚度线中点的连线叫中弧线。中：厚度线中点的连线叫中弧线。中弧线与翼弦之间的最大距离叫翼弧线与翼弦之间的最大距离叫翼形的最大弯度，以形的最大弯度，以fmax表示。表示。相对弯度4.2.1(3)回目录页%100)(maxbcc%100)(maxbff第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理：展长和平均气动力弦长之比：展长和平均气动力弦长之比;以以表示，即：表示，即：=L/ bba=L2/S。：机翼的翼根弦长与翼尖弦长之：机翼的翼根弦长与翼尖弦长之比，也称比，也称“梯形比梯形比”或或“尖削尖削比比”,以以= b根弦根弦

7、/ b梢弦梢弦表示。表示。：通常以：通常以表示表示 前缘后掠角：前缘后掠角：机翼前缘同垂直于飞机纵轴机翼前缘同垂直于飞机纵轴的直线之间的夹角，以的直线之间的夹角，以0表示；表示； 后缘后掠角后缘后掠角1 1/4弦线后掠角弦线后掠角0.25 4.2.1(4)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.1(5)回目录页： 机翼的底面同垂直于飞机立轴机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角，以的平面之间的夹角，以表示。表示。：翼弦与相对气流速度：翼弦与相对气流速度v之间的夹之间的夹角，也称为飞机的攻角，通常角，也称为飞机的攻角，通常以以表示。表示。第四章第四章 飞机飞行的基本

8、原理飞机飞行的基本原理4.2.1(6)回目录页回翼型回翼弦回厚弯度第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.1(7)回目录页回翼展回机翼参数第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.1(8)回目录页上一页上反角下反角第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.1(9)回目录页上一页LRD第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.1(10)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2 飞机的升力飞机的升力4.2.2(1)回目录页通常，机翼翼型的上表通常，机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平面凸起较多而下表面比

9、较平直，再加上有一定的迎角。直，再加上有一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的面的气流流速就比下翼面的流速快；上翼面的静压也就流速快；上翼面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼比下翼面的静压低，上下翼面间形成压力差，此静压差面间形成压力差，此静压差称为作用在机翼上的空气动称为作用在机翼上的空气动力。力。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(2)回目录页空气动力是分布力，空气动力是分布力，其合力的作用点叫做压其合力的作用点叫做压力中心。空气动力合力力中心。空气动力合力在垂直于气流速度方向在垂直于气流速度方向上的分量就是机翼的升上

10、的分量就是机翼的升力。力。空气动力的分布随迎空气动力的分布随迎角的不同而变化。因此，角的不同而变化。因此，飞机升力的大小也随迎飞机升力的大小也随迎角的改变而变化。角的改变而变化。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(3)回目录页升力的计算公式：升力的计算公式：SvCYy）（221式中：式中： 为飞机所在高度处的空气密度，为飞机所在高度处的空气密度， v为飞机的飞行速度为飞机的飞行速度, (1/2v2)称为动压称为动压; S为机翼的面积，为机翼的面积， Cy为升力系数。为升力系数。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(4)回目录页对于某一种翼型、对

11、于某一种翼型、某一种机翼剖面形状，某一种机翼剖面形状，通常通过实验来获得通常通过实验来获得升力系数与迎角的关升力系数与迎角的关系曲线，即系曲线，即Cy曲曲线。线。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(5)回目录页在在Cy曲线中，对应于升力系数等于零曲线中，对应于升力系数等于零的迎角称为零升力迎角；对应于最大升力系的迎角称为零升力迎角；对应于最大升力系数数Cymax的迎角叫临界迎角或失速迎角。的迎角叫临界迎角或失速迎角。当飞机的迎角小于临界迎角时，升力系当飞机的迎角小于临界迎角时，升力系数随着迎角的增大而增大；当迎角超过临界数随着迎角的增大而增大；当迎角超过临界迎角后，迎

12、角增大，升力系数却急剧下降，迎角后，迎角增大，升力系数却急剧下降，这种现象称为这种现象称为。 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(6)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.2(7)回目录页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.3(1)回目录页4.2.3 飞机的阻力飞机的阻力作用在飞机上的空作用在飞机上的空气动力在平行于气流速度气动力在平行于气流速度方向上的分力就是飞机的方向上的分力就是飞机的阻力。阻力。按阻力产生的原因，飞机低速飞行按阻力产生的原因，飞机低速飞行时的阻力一般可分为：时的阻力一般可分为：、。高速飞行。高速飞

13、行还有还有第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理摩擦阻力回目录页当气流流过飞机表面时，由于空气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，由此而产生的擦，阻滞了气流的流动，由此而产生的阻力叫做摩擦阻力。阻力叫做摩擦阻力。摩擦阻力是在摩擦阻力是在中产生的。中产生的。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理附面层(1)回目录页所谓附面层就是紧贴物体表面，流速所谓附面层就是紧贴物体表面，流速由外部流体的自由流速逐渐降低到零的那由外部流体的自由流速逐渐降低到零的那一层薄薄的空气层。一层薄薄的空气层。

14、附面层中气附面层中气流的流动情况也流的流动情况也是不同的，可分是不同的，可分为为和和。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理附面层(2)回目录页 层流附面层：气流各层不相混杂而成层流流层流附面层：气流各层不相混杂而成层流流动，其摩擦阻力较小。动，其摩擦阻力较小。 紊流附面层：气流活动杂乱无章，并出现漩紊流附面层：气流活动杂乱无章，并出现漩涡和横向运动，但整个附面层仍然附涡和横向运动，但整个附面层仍然附着于翼面，其摩擦阻力较大。着于翼面，其摩擦阻力较大。上一页 尾迹：附面层脱离了翼面而形成大量宏观的尾迹：附面层脱离了翼面而形成大量宏观的漩涡。漩涡。 转捩点：层流附面层转变为紊流附面层

15、的点。转捩点：层流附面层转变为紊流附面层的点。 分离点：附面层开始脱离翼面的点。分离点：附面层开始脱离翼面的点。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理压差阻力压差阻力回目录页运动着的物体前后由于压力差而形成的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。阻力叫做压差阻力。压差阻力压差阻力与物体的迎风与物体的迎风面积、物体的面积、物体的形状以及物体形状以及物体在气流中的位在气流中的位置都有很大关置都有很大关系。系。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理诱导阻力诱导阻力 回目录页诱导阻力是翼面所独有诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的一种阻力，它是伴

16、随着升力的产生而产生的，因此可以说的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一它是为了产生升力而付出的一种种“代价代价”。 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理诱导阻力诱导阻力 回目录页 欲减小诱导阻力，可欲减小诱导阻力，可增加翼尖小翼增加翼尖小翼，并尽可，并尽可能能加大机翼的展弦比加大机翼的展弦比。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理干扰阻力干扰阻力回目录页干扰阻力就是飞机各部分之间由于气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。流相互干扰而产生的一种额外的阻力。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.2.4(2

17、)回目录页阻力的计算公式：阻力的计算公式：SvCXx）（221与计算升力时不同的是：与计算升力时不同的是：vCx为阻力系数。对某一翼型、某一平面形状为阻力系数。对某一翼型、某一平面形状的机翼而言，阻力系数的机翼而言，阻力系数Cx不仅与迎角不仅与迎角有关，有关，而且还与速度而且还与速度v的大小有很大关系。阻力系数的大小有很大关系。阻力系数曲线同样也由试验获得。曲线同样也由试验获得。vS为参考面积，计算时应视使用的部件不同而为参考面积，计算时应视使用的部件不同而不同。不同。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.1(1)回目录页下一页音波：音波：声源在空气中震动，会使周围空声源在

18、空气中震动，会使周围空气形成周期性的压强和密度变气形成周期性的压强和密度变化的疏密波。传播声音的空气化的疏密波。传播声音的空气疏密波叫做音波。疏密波叫做音波。音速：音速：音波在空气中传播的速度。音波在空气中传播的速度。4.3.1 音速和马赫数音速和马赫数第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.1(2)回目录页下一页马赫数：马赫数：vv马赫数简称马赫数简称M数，用以描述空气受压数，用以描述空气受压缩的程度。缩的程度。vv马赫数的数学表达式为：马赫数的数学表达式为： M= v / a 式中：式中：v表示飞机在一定高度上的飞表示飞机在一定高度上的飞行速度，行速度，a表示当时飞机所在

19、位置处表示当时飞机所在位置处的音速。的音速。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.1(3)回目录页vv简单地划分：简单地划分： M 1：亚音速飞行：亚音速飞行 M 1：超音速飞行：超音速飞行 M 1：等音速飞行等音速飞行vv航空上划分：航空上划分： 亚音速区：亚音速区： M 0.75 跨音速区：跨音速区： 0.75 M 1.2 超音速区：超音速区： 1.2M 5.0 高超音速区：高超音速区： M5.0第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.2(1)回目录页下一页当气流速度接近和高于音速时，当气流速度接近和高于音速时，大气呈现出强烈的压缩和膨胀现象大气呈现出

20、强烈的压缩和膨胀现象，压力、密度和温度都会发生显著的变压力、密度和温度都会发生显著的变化，气流特性会出现一些不同于低速化，气流特性会出现一些不同于低速流动的质的差别。流动的质的差别。4.3.2 高速气流的特性高速气流的特性第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.2(2)回目录页 在高速流动时，一维流管中气流在高速流动时，一维流管中气流速度速度v和所流过的流管截面积和所流过的流管截面积s之间的之间的关系为：关系为： 式中，式中，M为气流的马赫数，为气流的马赫数，ds为流管为流管截面积截面积s的变化量；的变化量；dv为气流速度为气流速度v的的变化量。变化量。 vdvMsds) 1

21、(2 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.3.1(1)回目录页 扰动源在静止的空气中以速度扰动源在静止的空气中以速度v作等速直线运动，根据扰动源的不同作等速直线运动，根据扰动源的不同运动速度，会出现四种可能的情况：运动速度，会出现四种可能的情况：扰动源静止不动：扰动源静止不动：M0扰动源以亚音速运动：扰动源以亚音速运动：0 M 1扰动源以等音速运动：扰动源以等音速运动：M 1扰动源以超音速运动：扰动源以超音速运动：M 1第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理M=0回目录页由于扰动源由于扰动源静止不动，所以静止不动，所以扰动波以音速扰动波以音速a向四周传播，形向

22、四周传播，形成以扰动源为中成以扰动源为中心的同心球面波。心的同心球面波。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理0M1回目录页由于扰动源由于扰动源以亚音速运动，以亚音速运动，所以扰动源总是所以扰动源总是落后于扰动波，落后于扰动波，形成偏向扰动源形成偏向扰动源前进方向的不同前进方向的不同心球面波。心球面波。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理M=1回目录页由于扰动源以音由于扰动源以音速运动，所以扰动波速运动，所以扰动波总是与扰动源同时到总是与扰动源同时到达某一点，扰动波都达某一点，扰动波都迭聚在扰动源处，形迭聚在扰动源处，形成一个垂直于扰动源成一个垂直于扰动源

23、前进方向的波面。此前进方向的波面。此波面成为受扰和未受波面成为受扰和未受扰空气的分界面。扰空气的分界面。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理M1回目录页由于扰动源以超由于扰动源以超音速运动，所以扰动音速运动，所以扰动波总是落后于扰动源，波总是落后于扰动源，在扰动源后面形成一在扰动源后面形成一个圆锥面，所有扰动个圆锥面，所有扰动波都被局限在这个锥波都被局限在这个锥面内。面内。上一页该锥面称为马赫锥，马赫该锥面称为马赫锥，马赫 锥锥 的半顶角称的半顶角称为马赫角为马赫角。显然，。显然，M数越大，马赫数越大，马赫 锥就越尖锥就越尖锐。锐。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的

24、基本原理激波：当飞机以等音速或超音速飞行时，激波：当飞机以等音速或超音速飞行时，在其前面也会出现由无数较强的在其前面也会出现由无数较强的波迭聚而成的波面，这个波面就波迭聚而成的波面，这个波面就称为称为。4.3.3.2(1)回目录页下一页激波特性：激波特性：激波是一层受到强烈压缩的空气层。激波是一层受到强烈压缩的空气层。气流通过激波时，压强、密度、温度气流通过激波时，压强、密度、温度突然增加，而速度却大大降低。突然增加，而速度却大大降低。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理激波激波回目录页回激波分类回激波第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.3.2(2)回目录页

25、下一页激波分类：激波分类：波面：波面 与飞行速度垂直。与飞行速度垂直。：波面相对于飞行速度有倾斜角。：波面相对于飞行速度有倾斜角。波阻：波阻：空气在通过激波时，受到阻滞，空气在通过激波时，受到阻滞，流速急骤降低，由阻滞产生的热流速急骤降低，由阻滞产生的热量使空气加热。加热所需的能量量使空气加热。加热所需的能量来自动能的消耗，动能的消耗就来自动能的消耗，动能的消耗就表示产生了阻力。因为这一阻力表示产生了阻力。因为这一阻力是由于形成激波而产生的，所以是由于形成激波而产生的，所以叫做波阻。叫做波阻。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.3.2(3)回目录页 正激波的波阻总是大于斜

26、激波的正激波的波阻总是大于斜激波的波阻波阻；且激波面越倾斜，且激波面越倾斜，波阻波阻就越小。就越小。影响激波强度的因素：影响激波强度的因素：物体形状，尤其是物体形状，尤其是物体运动速度，即物体运动速度，即第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理形状影响形状影响回目录页当当M1时：时：上一页v若物体头部圆钝，在物体前面将形成脱体正若物体头部圆钝，在物体前面将形成脱体正激波，而沿上下两端逐渐倾斜成斜激波。激波，而沿上下两端逐渐倾斜成斜激波。v若物体头部尖削，形成附着于物体头部的斜若物体头部尖削，形成附着于物体头部的斜激波。激波。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理M数影响数

27、影响回目录页上一页v当当M数等于或稍大于数等于或稍大于1时，不论物体的时，不论物体的形状如何，产生的都将是正激波。形状如何，产生的都将是正激波。v只有当只有当M数超过数超过1一定量时，才有可能一定量时，才有可能形成斜激波。形成斜激波。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理当飞机的飞行速度达到一定值但还未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速。于是，在这些局却已达到或超过了音速。于是，在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞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

28、机的飞行速度尚未达到音速而在机体表面4.3.3.3(1)回目录页下一页局部激波局部激波局部产生的激波称局部产生的激波称之为之为“”。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理局部激波局部激波回目录页局部激波面局部激波面局部超音速区局部超音速区局部激波面局部激波面v上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理飞机开始产生局部激波所对应的飞行飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为马赫数称为“临界马赫数临界马赫数”。临界马赫数临界马赫数临界速度是亚音速飞行临界速度是亚音速飞行和跨音速飞行的分界点。和跨音速飞行的分界点。4.3.3.3(2)回目录页临界马赫数临界马赫数第四章第四

29、章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.3.3.4回目录页提高飞机的临界马赫数，目的在于推提高飞机的临界马赫数，目的在于推迟局部激波的出现，使飞机不至于过早地迟局部激波的出现，使飞机不至于过早地产生波阻。产生波阻。提高飞机的临界马赫数可以从以下两提高飞机的临界马赫数可以从以下两个方面采取必要的措施：个方面采取必要的措施：第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理在机翼剖面形状方面，可以采用厚在机翼剖面形状方面，可以采用厚度较小、最大厚度靠近翼弦中部的翼型。度较小、最大厚度靠近翼弦中部的翼型。 剖面形状剖面形状回目录页 薄翼型薄翼型 厚翼型厚翼型上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理

30、飞机飞行的基本原理在机翼剖面形状方面，可以采用后在机翼剖面形状方面，可以采用后掠机翼。掠机翼。平面形状平面形状回目录页上一页 后掠翼机提高后掠翼机提高临界马赫数的临界马赫数的原理原理降低降低机翼上的有效机翼上的有效速度。速度。vvv1v2后掠翼存在的问题后掠翼存在的问题 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理翼刀翼刀回目录页上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理变后掠变后掠回目录页上一页动画 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.1(1)回目录页下一页稳定的概念：稳定的概念： 物体的稳定是指当物体处于平衡状态物体的稳定是指当物体处于平衡状态时，

31、受到微小的扰动而偏离了原来的平衡时，受到微小的扰动而偏离了原来的平衡状态，在扰动消失后能自动恢复到原来的状态，在扰动消失后能自动恢复到原来的平衡状态的特性。平衡状态的特性。 4.4.1 飞机的稳定飞机的稳定第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.1(2)回目录页下一页 稳定稳定 不稳定不稳定 中立稳定中立稳定第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.1(3)回目录页飞机的稳定性：飞机的稳定性： 飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行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

32、况下之后，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。是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。 飞机的稳定包括飞机的稳定包括、和和。下一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理纵向稳定纵向稳定(1)(1)回目录页飞机绕横轴（飞机绕横轴（z 轴）的稳定叫纵向稳轴）的稳定叫纵向稳定，它定，它反映了飞机的俯仰稳定特性反映了飞机的俯仰稳定特性。飞机主要靠水平尾翼和机翼来保证纵飞机主要靠水平尾翼和机翼来保证纵向稳定，而飞机的重心位置对飞机的纵向向稳定，而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。稳定有很大影

33、响。 下一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理纵向稳定纵向稳定(2)(2)回目录页当飞机受到纵向扰动后，飞机的迎角当飞机受到纵向扰动后，飞机的迎角改变，水平尾翼和机翼所产生的附加力对改变，水平尾翼和机翼所产生的附加力对重心均形成恢复力矩。重心均形成恢复力矩。 可见，飞机的可见，飞机的重心位置对飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影纵向稳定有很大影响。重心越靠后，响。重心越靠后，所产生的恢复力矩所产生的恢复力矩就越小，即稳定性就越小，即稳定性就越差，甚至有可就越差，甚至有可能变为不稳定的。能变为不稳定的。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理方向稳定方向稳定回目录页飞

34、机绕立轴（飞机绕立轴（y 轴）的稳定叫方向稳轴）的稳定叫方向稳定，也叫航向稳定。定，也叫航向稳定。飞机主要靠飞机主要靠来保证其方向稳来保证其方向稳定。定。飞机的侧面迎风面积、机翼后掠角、飞机的侧面迎风面积、机翼后掠角、发动机短舱等对飞机的方向稳定也有一定发动机短舱等对飞机的方向稳定也有一定的影响。的影响。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理垂尾作用垂尾作用回目录页当飞机受到方向扰动发生偏航后，气当飞机受到方向扰动发生偏航后，气流与垂直尾翼之间就有了夹角，使垂直尾流与垂直尾翼之间就有了夹角，使垂直尾上一页垂直尾翼与方向稳定垂直尾翼与方向稳定翼上产生附翼上产生附加侧向力，加侧向

35、力，相对于重心相对于重心形成方向稳形成方向稳定力矩。定力矩。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理侧向稳定侧向稳定回目录页飞机绕纵轴（飞机绕纵轴（x轴）的稳定叫侧向稳轴）的稳定叫侧向稳定，它定，它反映了飞机的滚转稳定特性反映了飞机的滚转稳定特性。保证飞机侧向稳定的主要因素有保证飞机侧向稳定的主要因素有、和和。 上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理上反角作用上反角作用回目录页当飞机受到扰动出现侧滑后，由于存在上当飞机受到扰动出现侧滑后，由于存在上反角，使左、右机翼的迎角大小不等，左、右反角，使左、右机翼的迎角大小不等，左、右机翼所产生的附加升力也不等，这两个力的差

36、机翼所产生的附加升力也不等，这两个力的差上一页相对于重心形成恢相对于重心形成恢复力矩。复力矩。 上反角越大，上反角越大，飞机的侧向稳定就飞机的侧向稳定就越好。相反，下反越好。相反，下反角则起侧向不稳定角则起侧向不稳定作用。作用。上反角与侧向稳定上反角与侧向稳定第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理后掠角作用后掠角作用回目录页当飞机受到扰动出现侧滑后，由于后掠角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，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。差相

37、对于重心形成恢复力矩。后掠角后掠角越大，侧向越大，侧向稳定作用也稳定作用也就越强。就越强。后掠角与侧向稳定后掠角与侧向稳定上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理垂尾作用垂尾作用回目录页垂直尾翼之所以能对飞机产生侧向稳垂直尾翼之所以能对飞机产生侧向稳定作用，是因为当出现了侧滑以后，垂直定作用，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机重心的上方，因而相对于重心也形成恢复力矩。复力矩。腹鳍因位于重心（机身）的后下方，腹鳍因位于重心（机身）的后下方，则起方向稳定作用和侧向不稳定作用。则起

38、方向稳定作用和侧向不稳定作用。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.1(4)回目录页可以看出，飞机的侧向稳定和方向稳可以看出，飞机的侧向稳定和方向稳定是紧密联系且相互影响的，因此通常合定是紧密联系且相互影响的，因此通常合称为称为“横侧稳定横侧稳定”。飞机的侧向稳定和方向稳定必须很好飞机的侧向稳定和方向稳定必须很好匹配。如若匹配不当，飞机将有可能出现匹配。如若匹配不当，飞机将有可能出现“螺旋不稳定螺旋不稳定”或或“荷兰滚荷兰滚”现象。现象。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.2(1)回目录页下一页飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操飞机的操纵是指驾驶员

39、通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。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飞机的操纵性则指的是飞机对操纵的反应特性，又可以称为飞机的操纵品质。反应特性，又可以称为飞机的操纵品质。4.4.2 飞机的操纵飞机的操纵飞机的操纵与操纵性：飞机的操纵与操纵性：第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.2(2)回目录页下一页飞机的操纵主要是通过驾驶杆和脚蹬飞机的操纵主要是通过驾驶杆和脚蹬等操纵机构偏转飞机的三个主操纵面等操纵机构偏转飞机的三个主操纵面升降舵、方向舵和副翼来实现的。升降舵、方向舵和副翼来实现的。飞机的操纵包括飞机的操纵包括、和和。飞机操纵的实现：飞机

40、操纵的实现：第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理俯仰操纵俯仰操纵回目录页使飞机绕横轴（使飞机绕横轴（z 轴）作俯仰（纵向）运轴）作俯仰（纵向）运动的操纵叫俯仰操纵，也称纵向操纵。动的操纵叫俯仰操纵，也称纵向操纵。通过推、拉驾驶杆，使飞机的升降舵（或通过推、拉驾驶杆，使飞机的升降舵（或全动平尾）向下或向上偏转，产生俯仰力矩，全动平尾）向下或向上偏转，产生俯仰力矩，从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。 飞机的俯仰操纵飞机的俯仰操纵上一页升降舵升降舵驾驶杆驾驶杆驾驶杆驾驶杆第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理方向操纵方向操纵回目录页使飞机绕立轴

41、（使飞机绕立轴（y 轴）轴）作偏航运动的操纵叫方向作偏航运动的操纵叫方向操纵，也称航向操纵。操纵，也称航向操纵。通过蹬脚蹬，使飞机通过蹬脚蹬，使飞机的方向舵向左或向右的方向舵向左或向右 偏转，产生偏航偏转，产生偏航力矩，从而使飞力矩，从而使飞机向左或向右作机向左或向右作偏航运动。偏航运动。飞机的方向操纵飞机的方向操纵方向舵方向舵上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理侧向操纵侧向操纵回目录页使飞机绕纵轴（使飞机绕纵轴（x 轴）作滚转（倾侧）运轴）作滚转（倾侧）运动的操纵叫侧向操纵。动的操纵叫侧向操纵。 上一页通过左压或右压通过左压或右压驾驶杆驾驶杆( (左转或右转手左转或右转手

42、轮轮) )使飞机的左、右副使飞机的左、右副翼一侧向下另一侧向翼一侧向下另一侧向上偏转，产生滚转上偏转，产生滚转( (倾倾侧侧) )力矩，从而使飞机力矩，从而使飞机向左或向右作滚转向左或向右作滚转( (倾倾侧侧) )运动。运动。飞机的侧向操纵飞机的侧向操纵第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.2(3)回目录页下一页同样，在实际同样，在实际飞行中，方向操纵飞行中，方向操纵和侧向操纵也是不和侧向操纵也是不可分的，经常是相可分的，经常是相互配合、协调进行，互配合、协调进行，因此方向操纵和航因此方向操纵和航向操纵也常合称为向操纵也常合称为“横侧向操纵横侧向操纵”。方向操纵与侧向操纵：

43、方向操纵与侧向操纵：第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.4.2(4)回目录页飞机的操纵与飞机的稳定之间存在着飞机的操纵与飞机的稳定之间存在着一定的排斥关系，因此在飞机设计时必须一定的排斥关系，因此在飞机设计时必须统筹考虑，协调处理，以满足不同飞机的统筹考虑，协调处理，以满足不同飞机的不同需要。不同需要。飞机的操纵与飞机的稳定：飞机的操纵与飞机的稳定： 第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.1回目录页速度快是飞机的最大特点之一。速度快是飞机的最大特点之一。最主要的飞机速度性能指标包括：最主要的飞机速度性能指标包括：4.5.1 速度性能速度性能上一页第四章第四

44、章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理最大平飞速度最大平飞速度回目录页最大平飞速度是指飞机在某一高度上作水最大平飞速度是指飞机在某一高度上作水平飞行时，发动机以最大可用推力工作而飞机平飞行时，发动机以最大可用推力工作而飞机所能达到的最大飞行速度，通常简称为最大速所能达到的最大飞行速度，通常简称为最大速度，以度，以vmax表示。表示。由于飞机的阻力和发动机的推力均与飞行由于飞机的阻力和发动机的推力均与飞行高度有关，所以在不同的高度上飞机的最大平高度有关，所以在不同的高度上飞机的最大平飞速度是不相同的。飞速度是不相同的。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理巡航速度巡航速度回目

45、录页巡航速度是指发动机在每公里消耗燃油最巡航速度是指发动机在每公里消耗燃油最少的情况下飞机的飞行速度。少的情况下飞机的飞行速度。这个速度一般为飞机最大平飞速度的这个速度一般为飞机最大平飞速度的70708080，以巡航速度飞行时最经济而且飞机，以巡航速度飞行时最经济而且飞机的航程最大的航程最大。上一页F-22隐身超音速巡航战斗机隐身超音速巡航战斗机第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理最小平飞速度最小平飞速度回目录页最小平飞速度是指飞机在某一飞行高最小平飞速度是指飞机在某一飞行高度上维持定常水平飞行的最小速度，通常度上维持定常水平飞行的最小速度，通常以以vmin表示。表示。飞机的最小

46、平飞速度的大小，对飞机飞机的最小平飞速度的大小，对飞机的起降性能有很大影响。的起降性能有很大影响。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.2回目录页对于战斗机来说，对于战斗机来说，水平盘旋飞行时半径大水平盘旋飞行时半径大小是至关重要的。影响小是至关重要的。影响最小盘旋半径的因素很最小盘旋半径的因素很多，比较粗略地分析可多，比较粗略地分析可以认为飞机的最大升力以认为飞机的最大升力系数决定它的最小盘旋系数决定它的最小盘旋半径。半径。4.5.2 盘旋性能盘旋性能上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.3回目录页飞机的爬升性能主要包括：飞机的爬升性能主要

47、包括：4.5.3 爬升性能爬升性能上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理爬升率爬升率回目录页飞机的爬升率是指单位时间内飞机所飞机的爬升率是指单位时间内飞机所上升的垂直高度，通常以上升的垂直高度，通常以vy表示。表示。要提高最大爬升率要提高最大爬升率vymax，除设法减小除设法减小阻力和降低飞机重量外，重要的措施是阻力和降低飞机重量外，重要的措施是上一页加大推力。加大推力。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理升限升限回目录页飞机的升限指的是飞机的静升限，包飞机的升限指的是飞机的静升限，包括：括：理论升限：是指飞机能进行平飞的理论升限：是指飞机能进行平飞的最大飞行高

48、度。此时的爬升率为零。最大飞行高度。此时的爬升率为零。实用升限：是指飞机的最大爬升率实用升限：是指飞机的最大爬升率为为0.5m/s时所对应的飞行高度。时所对应的飞行高度。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.4回目录页飞机的续航性能又称耐航性能，对民飞机的续航性能又称耐航性能，对民用飞机而言，主要包括：用飞机而言，主要包括：4.5.4 续航性能续航性能上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理航程航程回目录页航程是指飞机在一次加油的情况下所航程是指飞机在一次加油的情况下所能达到的最远水平飞行距离。能达到的最远水平飞行距离。上一页飞机在最大飞机在最大载油量

49、及发动机载油量及发动机单位飞行距离耗单位飞行距离耗油率最小的情况油率最小的情况下飞行所获得的下飞行所获得的航程就是飞机的航程就是飞机的Lmax。 完成中途不加油、不着陆环球飞行完成中途不加油、不着陆环球飞行的的“旅行者旅行者”号号第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理续航时间续航时间回目录页续航时间又称航时，指的是飞机在一续航时间又称航时，指的是飞机在一次加油的情况下在空中所能持续的飞行时次加油的情况下在空中所能持续的飞行时间。间。飞机在最大载油量及发动机单位飞行飞机在最大载油量及发动机单位飞行时间耗油率最小的情况下飞行所获得的续时间耗油率最小的情况下飞行所获得的续航时间就是飞机的

50、航时间就是飞机的tmax。上一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.5 (1)回目录页对于作战飞机来说，飞机的水平加对于作战飞机来说，飞机的水平加速和减速性能是至关重要的。速和减速性能是至关重要的。4.5.2 加速性能加速性能飞机的水平加速性能由发动机的最飞机的水平加速性能由发动机的最大推力来决定。常常用由某一飞行大推力来决定。常常用由某一飞行M M数增数增加到另一飞行加到另一飞行M M数时所需的时间来衡量。数时所需的时间来衡量。现代超音速战斗机由现代超音速战斗机由M0.9M0.9加速到加速到M1.4M1.4，一般在，一般在8080秒钟左右。秒钟左右。下一页第四章第四章

51、飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.5 (2)回目录页良好的减速性能，在空战中对摆脱良好的减速性能，在空战中对摆脱被动、争取主动有时十分必需。被动、争取主动有时十分必需。4.5.2 加速性能加速性能上一页比较减速性能常常用最大平飞速度比较减速性能常常用最大平飞速度减到减到0.70.7最大平飞速度所需的时间来衡量。最大平飞速度所需的时间来衡量。飞机上为了提高减速性能多采用减飞机上为了提高减速性能多采用减速板或反推力装置。速板或反推力装置。第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理4.5.6(1)回目录页飞机的起降性能是其起飞性能和着陆飞机的起降性能是其起飞性能和着陆性能的合称，主要指标有：性能的合称，主要指标有：4.5.4 起降性能起降性能下一页第四章第四章 飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理起飞距离起飞距离(1)(1)回目录页飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升两个主要阶段。两个主要阶段。起飞距离也称离陆距离，由起飞滑跑起飞距离也称离陆距离，由起飞滑跑距离和起飞爬升距离组成