《民航》第2章 民用航空器

1、第2章 民用航空器第一节第一节 民用航空器的分类和发展民用航空器的分类和发展 在大气层以外飞在大气层以外飞行的称为行的称为航天器航天器。如人造卫星、宇如人造卫星、宇宙飞船、航天飞宙飞船、航天飞机、空间站等。机、空间站等。在大气层中飞行在大气层中飞行的称为的称为航空器航空器。如飞机、气球、如飞机、气球、飞艇、直升机、飞艇、直升机、滑翔机等滑翔机等。图为飞艇在美国图为飞艇在美国“玫瑰玫瑰碗碗”体育场上空为体育场上空为“固固特异特异”橡胶做广告飞行。橡胶做广告飞行。扑翼机扑翼机现代飞机现代飞机民用飞机民用飞机军用飞机军用飞机 研究飞机研究飞机（专门用于科研和试验的飞机）（专门用于科研和试验的飞机）0

2、2040608010012012系列1航线飞机航线飞机通用航通用航空飞机空飞机航线飞机客机客机货机货机客货混装机客货混装机通用航空飞机农用机农用机教练机教练机体育运动机体育运动机公务机公务机多用途轻型机多用途轻型机 . . 旅客机旅客机 用于运载旅客和邮件，联络国内用于运载旅客和邮件，联络国内 各城市与地区，或国际间的城市。各城市与地区，或国际间的城市。 旅客机旅客机可按航程进一步分为；可按航程进一步分为； 远程客机：航程远程客机：航程80008000公里以上公里以上 中程客机：航程中程客机：航程3000300080008000公里公里 短程客机：航程在短程客机：航程在30003000公里以下

3、的公里以下的 我国客机的分类方法 干线客机：指适用于国际航线和国内大城市之间主干航线上的客机。 支线客机：用于大城市和中小城市之间在一定区域内飞行的客机。（100座以下，航程3000公里以内的飞机）。大型客机- 777200LR记者在体验波音记者在体验波音777777200LR200LR大型客机的商务舱大型客机的商务舱 . . 货机货机 用于运送货物，用于运送货物，一般载重较大，一般载重较大，有较大的舱门，有较大的舱门，或机身可转折，或机身可转折，便于装卸货物；便于装卸货物；货机修理维护简货机修理维护简易，可在复杂气易，可在复杂气候下飞行。候下飞行。波音波音747-400747-400型机型机

4、改装的超大型货机改装的超大型货机 通用航空飞机通用航空飞机1、公务机，也称行政用机或商务机。、公务机，也称行政用机或商务机。2、农业机，为农、林、牧、渔业服务、农业机，为农、林、牧、渔业服务的飞机。的飞机。3、教练机，用于培养飞行员。、教练机，用于培养飞行员。4、多用途轻型飞机。、多用途轻型飞机。民用航空器的使用要求1、安全性 安全是航空运输的首要要求。2、快速3、经济性 经济性不仅仅体现在初成本和耗油率上，而要考虑飞机在整个使用寿命 期间的全部成本。4、舒适程度5、环保要求第二节第二节飞行基本原理飞行基本原理 一一 演示实验演示实验 两手各拿一张两手各拿一张薄纸薄纸，使它们之间的距离大约，使

5、它们之间的距离大约4646厘米。然后用嘴向这两张纸中间吹气，如图所厘米。然后用嘴向这两张纸中间吹气，如图所示。你会看到，这两张纸不但没有分开，反而相互示。你会看到，这两张纸不但没有分开，反而相互靠近了，而且用最吹出的气体速度越大，两张纸就靠近了，而且用最吹出的气体速度越大，两张纸就越靠近。从这个现象可以看出，当两纸中间有空气越靠近。从这个现象可以看出，当两纸中间有空气流过时，压强变小了，纸外压强比纸内大，内外的流过时，压强变小了，纸外压强比纸内大，内外的压强差就把两纸往中间压去。中间空气流动的速度压强差就把两纸往中间压去。中间空气流动的速度越快，纸内外的压强差也就越大。越快，纸内外的压强差也就

6、越大。基本概念基本概念 （1）流体：包括气体和液体。二 两个流体定理 1.流体的连续性定理：当流体连续不断而稳定地当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。的流体质量是相等的。 日常生活中的连续性定理 山谷里的风通常比平原大山谷里的风通常比平原大 河水在河道窄的地方流得河水在河道窄的地方流得 快，河道宽的地方流得慢快，河道宽的地方流得

7、慢2.2.伯努利定理伯努利定理：流体在一个管道：流体在一个管道中流动时，中流动时，流速流速大的地方压力小，大的地方压力小，流速流速小的地方压力大。小的地方压力大。 伯努利定理阐述流体流动在伯努利定理阐述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。流动中流速和压力之间的关系。 尼尔伯努利尼尔伯努利伯努利家族伯努利家族三 飞机机翼产生的升力考考你？考考你？人和小狗比赛跑步，人和小狗比赛跑步，从起点同时出发，从起点同时出发，要求小狗和人同时要求小狗和人同时到达终点，请问小到达终点，请问小狗和人的跑步速度狗和人的跑步速度谁更快？谁更快？答案：小狗快，因为小狗所走过的路程要答案：小狗快，因为小狗所走过的路程要

8、比人走过的要长，则必然速度要更快一些，比人走过的要长，则必然速度要更快一些，才能在同一时间与人一起到达终点。才能在同一时间与人一起到达终点。起点终点三 飞机机翼产生的升力2.升力的产生常见的飞机翼型 机翼表面的气流迎角升力系数随迎角的变化规律当当临界临界，升力，升力系数系数随迎角的增大而减小，进入失速区。随迎角的增大而减小，进入失速区。临界临界 yC四、飞机上的作用力升力升力重力重力推力推力阻力阻力LiftPullWeightDrag 升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。克服飞机受到的重力影响，使其自由翱

9、翔。 阻力阻力 阻力是与飞机运动轨迹平行，与阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。法稳定飞行。 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(Parasite Drag)粘性粘性升力升力阻力产生原因第三节飞机的主要组成部分

10、及功用 起落架起落架1.机翼机翼机翼的主要功用是产生升力，的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操作时也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。大小也各有不同。 机翼各翼面的位置图机翼各翼面的位置图 机翼扰流板 扰流板扰流板：由于飞机的飞行由于飞机的飞行速度很快，

11、所以需要扰流速度很快，所以需要扰流板来帮助它减速并降低高板来帮助它减速并降低高度。扰流板实际上是机翼度。扰流板实际上是机翼上面的由液压作动的面板。上面的由液压作动的面板。有时飞行员称之为有时飞行员称之为“减速减速板板”或或“减升板减升板”，这些，这些名称反映了它们的功能。名称反映了它们的功能。在飞机着陆时，扰流板打在飞机着陆时，扰流板打开，以确保飞机着陆。开，以确保飞机着陆。襟翼与前缘缝翼 飞机的机翼有前飞机的机翼有前缘缝翼和襟翼，它缘缝翼和襟翼，它们在起飞和降落低们在起飞和降落低速飞行过程中可展速飞行过程中可展开，在巡航高速飞开，在巡航高速飞行过程中可收回。行过程中可收回。起落架也在飞行过起

12、落架也在飞行过程中收起以减少飞程中收起以减少飞行阻力。行阻力。2. 机身机身的主要功用机身的主要功用是装载乘员、旅是装载乘员、旅客、武器、货物客、武器、货物和各种设备，将和各种设备，将飞机的其他部件飞机的其他部件如：机翼、尾翼如：机翼、尾翼及发动机等连接及发动机等连接成一个整体。成一个整体。 飞机客舱3. 尾翼 尾翼包括水平尾翼尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，有可动的升降舵组成，有的高速飞机将水平安定的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直

13、安定面包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰的作用是操纵飞机俯仰和偏转，保证飞机能平和偏转，保证飞机能平稳飞行。稳飞行。4.起落装置飞机的起落架飞机的起落架大都由减震支大都由减震支柱和机轮组成，柱和机轮组成，作用是起飞、作用是起飞、着陆滑跑，地着陆滑跑，地面滑行和停放面滑行和停放时支掌飞机。时支掌飞机。 波音波音737737飞机起飞机起落架机轮布局落架机轮布局 20042004年年1111月月1111日日2 2男孩藏在昆男孩藏在昆明到重庆的明到重庆的3U86703U8670航班飞机起落架航班飞机起落架中飞行中飞行700700公里公里 1 1人途中坠落。

14、人途中坠落。两个孩子就是藏在这个起落架舱中两个孩子就是藏在这个起落架舱中 2005 2005年年5 5月月2525日日7 7时时5050分，东航甘肃分分，东航甘肃分公司一架公司一架A320A320飞机执飞机执行行MU2417MU2417敦煌敦煌兰州兰州航班任务，从敦煌机航班任务，从敦煌机场起飞时，一名年约场起飞时，一名年约1515岁的男孩从飞机起岁的男孩从飞机起落架舱内坠落，经有落架舱内坠落，经有关部门证实，从起落关部门证实，从起落架舱里坠落的男孩当架舱里坠落的男孩当场死亡场死亡5.动力装置 动力装置主要动力装置主要用来产生拉力和推用来产生拉力和推力，使飞机前进。力，使飞机前进。其次还可为飞机

15、上其次还可为飞机上的其他用电设备提的其他用电设备提供电源等。供电源等。 现在飞机动力装置现在飞机动力装置应用较广泛的有：活塞应用较广泛的有：活塞式发动机和喷气式发动式发动机和喷气式发动机。现代高速飞机都使机。现代高速飞机都使用了喷气式发动机，只用了喷气式发动机，只有在小型、低速飞机上有在小型、低速飞机上由于经济性好、易于维由于经济性好、易于维护活塞式发动机还在大护活塞式发动机还在大量使用。量使用。 除了发动机本身，除了发动机本身，动力装置还包括一系列动力装置还包括一系列保证发动机正常工作的保证发动机正常工作的系统。系统。 现在最通行的布置方式是安装在机翼下的发动机吊舱中。发动机的安装位置发动机

16、的安装位置6.其他设备 飞机上除了飞机上除了这五个主要部这五个主要部分外，根据飞分外，根据飞机操作和执行机操作和执行任务的需要，任务的需要，还装有各种仪还装有各种仪表、通讯设备、表、通讯设备、领航设备、安领航设备、安全设备等其他全设备等其他设备。设备。第四节飞机的“音障”和“热障” 人类在探索飞行器的过程中，曾遇上三个拦路虎，就是人们常说的“三障”，即“音障”、“热障”和“黑障”。所谓“障”就是在技术上遇到的障碍。一、音障 自美国人莱特兄弟自美国人莱特兄弟19031903年发明飞机以后，年发明飞机以后，人们逐渐认识到航空技术将对人类的未来产生人们逐渐认识到航空技术将对人类的未来产生巨大影响。因

17、此，一些国家不惜投入大量人力巨大影响。因此，一些国家不惜投入大量人力物力，对航空技术进行探索和开发。这期间有物力，对航空技术进行探索和开发。这期间有无数航空先驱者不惜牺牲自己的生命换来了一无数航空先驱者不惜牺牲自己的生命换来了一个又一个技术进步，使航空技术纪录一再打破，个又一个技术进步，使航空技术纪录一再打破，才形成了今天的航空技术水平。在整个航空技才形成了今天的航空技术水平。在整个航空技术发展中，突破术发展中，突破“音障音障”是一项重大的技术进是一项重大的技术进步。步。什么是音障？当飞机出现当飞机出现800800千米千米/ /时的速度时，飞时的速度时，飞机便产生了失控的感觉。飞机震动得机便产

18、生了失控的感觉。飞机震动得特别厉害，难以驾驭。后来人们认识特别厉害，难以驾驭。后来人们认识到，当飞机速度超过到，当飞机速度超过800800千米千米/ /时（时（音音速速3403403.6=12243.6=1224千米千米/ /时时），空气会），空气会产生一种产生一种“压缩效应压缩效应”。这种效应会。这种效应会使机头前部的空气被压缩成密度很高使机头前部的空气被压缩成密度很高的的“空气墙空气墙”，使飞机难以逾越。产，使飞机难以逾越。产生这种现象时，飞机刚好接近于音速，生这种现象时，飞机刚好接近于音速，后来人们管这种现象叫后来人们管这种现象叫“音障音障”。活塞式发动机、螺旋桨飞机 第二次世界大战期间

19、，活塞式发动机、螺第二次世界大战期间，活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到顶峰。但由于技旋桨飞机的速度已经发展到顶峰。但由于技术上的需要，还要把速度再提高，因为当时术上的需要，还要把速度再提高，因为当时的空战主要是以机炮和机枪作为空战武器，的空战主要是以机炮和机枪作为空战武器，谁的速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利。谁的速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利。所以当时的飞机设计师和飞行员一再努力追所以当时的飞机设计师和飞行员一再努力追求飞行速度。求飞行速度。 1947年10月14日美国著名试飞员查尔斯耶格尔驾驶X1飞机实现了突破音障飞行什么是马赫数？ 飞行器的飞行速度常飞行器的飞行速度常用马赫

20、数表示，马赫是奥用马赫数表示，马赫是奥地利的物理学家，为了纪地利的物理学家，为了纪念他在超音速弹丸研究作念他在超音速弹丸研究作出的贡献，把飞行器的飞出的贡献，把飞行器的飞行速度行速度v v与当地音速与当地音速a a之比之比值称为值称为马赫数马赫数，即：，即： 马赫马赫 M M v/av/a。 马赫马赫 (1838(18381916)1916)奥地利物理学家，心奥地利物理学家，心理学家，哲学家理学家，哲学家 。飞机飞行音波图 当飞机用亚音速（当飞机用亚音速（M M0.750.75）以下的速度飞）以下的速度飞行时，在机头前方的空气受到的冲击压力不大，行时，在机头前方的空气受到的冲击压力不大，空气微

21、团可避让飞行，飞机能顺利飞行。空气微团可避让飞行，飞机能顺利飞行。飞机飞行音波图 若把飞机速度提高到接近音速（若把飞机速度提高到接近音速（M0.8M0.8）时，如图中所示，）时，如图中所示，此时飞机的迎流面对空气的压力加大，空气密度即随之增大，此时飞机的迎流面对空气的压力加大，空气密度即随之增大，飞机要消耗更多的能量推开机头前方的高压空气，待飞机的速飞机要消耗更多的能量推开机头前方的高压空气，待飞机的速度达到音速时，音波就不能向前传播，产生很大的激波阻力，度达到音速时，音波就不能向前传播，产生很大的激波阻力， “音障音障”现象出现现象出现。 飞机飞行音波图 一旦加大飞机的动力，改进飞机的结构外

22、形就一旦加大飞机的动力，改进飞机的结构外形就可以突破可以突破“音障音障”。如图右所示，出现物极必反。如图右所示，出现物极必反的形势，飞机可轻易地飞行在音波的前方。的形势，飞机可轻易地飞行在音波的前方。SR-71高空高速侦察机 把飞机做成像炮弹一样把飞机做成像炮弹一样的尖锥形，就容易突破的尖锥形，就容易突破“音音障障”了。人们就根据这一想了。人们就根据这一想法先做了法先做了X X1 1的试验机，果的试验机，果然成功地突破了音障。后来然成功地突破了音障。后来就把所有的超音速飞机都做就把所有的超音速飞机都做成尖锥形的流线体机身和薄成尖锥形的流线体机身和薄形机翼，最典型的高速飞机形机翼，最典型的高速飞

23、机要数要数SRSR7171高空高速侦察机高空高速侦察机了，如图，它能在了，如图，它能在2400024000米的米的高空飞到马赫数高空飞到马赫数3.23.2的速度的速度。 二、热障1.1.什么是热障？什么是热障？ 在飞机速度成功地突破在飞机速度成功地突破“音障音障”以后，以后，又在不断地攀登新的速度高峰。当把飞机速又在不断地攀登新的速度高峰。当把飞机速度提高到度提高到2 2马赫时，又遇到了一个技术上的马赫时，又遇到了一个技术上的大问题，也就是大问题，也就是“热障热障”问题。问题。 所谓所谓“热障热障”就是飞机在高速飞行时，就是飞机在高速飞行时，由于气流对机身产生冲击力、压力和摩擦力由于气流对机身

24、产生冲击力、压力和摩擦力转换成热能，对机身加热所造成的转换成热能，对机身加热所造成的“热障热障碍碍”。2.气动加热问题 飞机在飞行中气流对飞机压力和摩擦所产飞机在飞行中气流对飞机压力和摩擦所产生热量称为生热量称为“气动加热气动加热”。飞机的飞行速度。飞机的飞行速度越高，气流对飞机表面的加热也就越高。当越高，气流对飞机表面的加热也就越高。当飞机飞行速度在飞机飞行速度在2马赫时，飞机的迎流面温升马赫时，飞机的迎流面温升可达可达100C。当速度提高到。当速度提高到2.5马赫时，温马赫时，温升能到升能到200C。若速度再提高，温度梯度也。若速度再提高，温度梯度也上升得更高。航天飞机在重返大气层时速度上

25、升得更高。航天飞机在重返大气层时速度可达可达25马赫，此时航天飞机的迎流面温升达马赫，此时航天飞机的迎流面温升达到到1400C。3.气动加热对飞机的影响4.解决“热障”问题的办法 解决解决“热障热障”问题有两种方法：问题有两种方法：一、一、是使飞机的飞行速度不进入是使飞机的飞行速度不进入“热障热障”；二、二、是给进入是给进入“热障热障”的飞机加防热罩。的飞机加防热罩。 用铝合金材料制造用铝合金材料制造的飞机可承受的气动加的飞机可承受的气动加热一般不超过热一般不超过2.22.2马赫，马赫，所以到目前为止，世界所以到目前为止，世界上实用型的超音速飞机上实用型的超音速飞机大多数都控制在大多数都控制在

26、2.22.2马马赫速度以内。这样可以赫速度以内。这样可以充分发挥飞机的结构效充分发挥飞机的结构效率。率。 如果把飞行速度再提高，气动加热就会使飞机进入“热障”了。因此必须对飞机的气动力设计及材料、结构、动力和机载设备都要作出重新设计，目前能在“热障”条件下飞行的飞机不多。 米格米格2525是世界上飞得最快的战斗机，由是世界上飞得最快的战斗机，由前苏联在前苏联在6060年代中期开发的，飞行速度在年代中期开发的，飞行速度在M2.5M2.5左右，最大速度可达左右，最大速度可达M2.8M2.8，机身结构材，机身结构材料料80%80%为不锈钢，为不锈钢，8%8%为钛合金，其余为铝合金为钛合金，其余为铝合

27、金及其他材料，机载设备也比较简单。及其他材料，机载设备也比较简单。 美国的SR71高空高速侦察机是实用型唯一能飞行在M3以上的飞机。能在24000米的高空以M3.2的速度飞行。从飞机的外形可以清楚地看到它的气动外形设计特点，为了减小飞行中的气动阻力，尽量设计成流线体机身，使飞机的迎流面最大限度地减小，而且使用93%的钛合金作飞机的结构材料，等于给飞机穿了一身防高温的钛铠甲，从而使飞机能在M3.2的“热障”条件下飞行。 航天飞机及太空飞船在返加地面时由于重力作用飞行速度能达到25倍音速，随渐落过程空气密度逐渐增加，气动加热可使航天飞机或飞船的迎流面温度达到1400C，使用泡沫陶瓷瓦片作高温防护层

28、，在自然界里最耐高温的材料当属陶瓷了，若把陶瓷作成泡沫瓦片既耐高温又起热绝缘的作用，不使温度向机舱内传导。 黑障”问题 当飞船返回舱重返地球时（也包括航天飞机重返地当飞船返回舱重返地球时（也包括航天飞机重返地球时），到了大气层段，将以超高速进入大气层，其速度球时），到了大气层段，将以超高速进入大气层，其速度可达每秒可达每秒7.57.5千米千米。以此速度飞行的返回舱对迎流面的空。以此速度飞行的返回舱对迎流面的空气能造成强大的压力。另外气流还与舱体表面形成强烈的气能造成强大的压力。另外气流还与舱体表面形成强烈的摩擦，因此产生了巨大的气动加热，使舱体表面急聚升温，摩擦，因此产生了巨大的气动加热，使舱

29、体表面急聚升温，温升可达温升可达一两千摄氏度一两千摄氏度，形成一个气动加热的高温层包裹，形成一个气动加热的高温层包裹着高速飞行的返回舱，贴近返回舱表面的气体和返回舱材着高速飞行的返回舱，贴近返回舱表面的气体和返回舱材料表面的分子被料表面的分子被分解和电离，形成一个等离子层分解和电离，形成一个等离子层。由于等。由于等离子体具有吸收和反射电磁波的能力，因此包裹返回舱的离子体具有吸收和反射电磁波的能力，因此包裹返回舱的等离子体层，实际是一个等离子等离子体层，实际是一个等离子电磁波屏壁层电磁波屏壁层。所以当返。所以当返回舱进入被等离子体包裹状态时，舱外的无线电信号进不回舱进入被等离子体包裹状态时，舱外的无线电信号进不到舱内，舱内的电信号也传不到舱外，一时间，到舱内，舱内的电信号也传不到舱外，一时间，舱内外失舱内外失去了联系去了联系，在技术上对这种现象称之为，在技术上对这种现象称之为“黑障黑障”。 关于返回舱气动加热外关