《飞行原理》全套教学课件

1、飞行原理 Principles of Flight前言第一章 第 页21. 飞行原理课程的主要内容理解飞机飞行的原理-为什么能飞？理解飞机的运动规律-怎样操纵以及为什么？理解飞机的飞行性能-飞机能飞多快、多远/久、多高？2. 飞行原理所涵盖的学科范畴空气动力学空气与物体相互作用的规律。飞行力学研究飞行性能、操纵性与稳定性。飞行技术建于实践基础上的综合学科。前言第一章 第 页33. 本书内容涵盖范围私照PPL与商照CPL绝大部分知识领域。适用于正常类与实用类飞机。涵盖低速小型螺旋桨飞机气动、操纵与性能。4. 本书学习方法理论与实际相结合。重点在于对理论以及结论的清晰理解。不要过多的试图探究操纵感

2、觉和操纵细节。前言第一章 第 页45. 本课教学对象初始培训飞行员管制、签派、情报专业学生其他民航相关学科学生航空爱好者前言第一章 第 页5空气动力学 陈再新等 航空工业出版社 V211/1024空气动力学与飞行力学 刘同仁等 北航出版社 V21/1001航空概论 航空工业出版社 V2/1017航空概论 航空工业出版社 V2/1021同学们也可以通过网络、图书馆等方式获取一些有用的资料！6.参考书目前言第一章 第 页6上课认真听讲，并注意记录课下抽闲余时间复习由于本课程中涉及的概念较多，老师可能要在上课之前提问上一节课的内容，以便增强同学们的记忆！7.学习本门课的注意事项：前言第一章 第 页7

3、不迟到，不早退有事要请假，不能无故旷课，后果自负上课不要大声喧哗，特便是一些通讯工具的使用，如手机等8. 严肃纪律：前言第一章 第 页8第一章 飞机和大气的一般介绍（*）第二章 飞机的低速空气动力（*）第三章 高速空气动力学基础（*）第四章 螺旋桨的空气动力（*）第五章 飞机的平衡、稳定性和操纵性（*）第六章 平飞、上升和下降（*）第七章 飞机的续航性能第八章 起飞和着陆（*）第九章 机动飞行第十章 特殊飞行（*）第十一章 不对称拉力飞行（*）最后 飞行计划与装载平衡（*）9. 本课主要内容飞机和大气的一般介绍第一章人类早期的飞行第一章 第 页10莱特兄弟的飞行者(“flyer” ) ，飞行距

4、离120英尺，持续时间12秒。人类早期的飞行第一章 第 页11人类早期的飞行第一章 第 页12本章主要内容第一章 第 页131.1 飞机的一般介绍1.2 飞机大气环境的一般介绍1.1 飞机的一般介绍第一章 第 页15 飞机是目前最主要的飞行器。本节将简要介绍飞机的主要组成部分及其功用、操纵飞机的基本方法及机翼形状等。第一章 第 页161.1.1 飞机的主要组成部分及其功用五大部分：机身,机翼,尾翼,起落装置,动力装置。机翼机身动力装置起落装置尾翼机身（Fuselage）第一章 第 页17装载机组、旅客、货物和其它必须设备。将飞机的其他部分如尾翼、机翼、发动机联结成一个整体。第一章 第 页18驾

5、驶舱( Cockpit )机身（ B747经济舱）第一章 第 页19第一章 第 页20机身（ B747 全货机）机翼（Wings）第一章 第 页21机翼产生升力。机翼在飞机的稳定性和操纵性中扮演重要角色，机翼上安装的可操纵翼面主要有副翼、襟翼、前缘襟翼、前缘缝翼。机翼还用于安装发动机、起落架及其轮舱、油箱。第一章 第 页22机翼上的油箱第一章 第 页23第一章 第 页24机翼的分类第一章 第 页25上单翼下单翼中单翼机翼的分类第一章 第 页26单翼机、双翼机、多翼机第一章 第 页27B747机翼上的主操纵和辅助操纵翼面外侧（低速）副翼前缘襟翼后缘外侧襟翼飞行扰流板内侧（高速）副翼地面扰流板后缘

6、内侧襟翼机翼（TB200）第一章 第 页28机翼（B747）第一章 第 页29机翼（B747在着陆进近中）第一章 第 页30尾翼（Empennage）第一章 第 页31操纵飞机的俯仰和偏转。是飞机稳定性的重要组成部分。尾翼第一章 第 页32V形尾翼T形尾翼常见布局尾翼尾翼的构成第一章 第 页33 尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成；垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵组成。尾翼（TB200）第一章 第 页34 若水平尾翼是整体活动面，则称全动平尾；升降舵的后缘的活动面，称为配平片。起落装置（Landing Gear）第一章 第 页35起落装置用于飞机

7、的起飞、着陆和滑行并支撑飞机。飞机的前轮可偏转，用于地面滑行时控制方向。飞机的主轮上装有各自独立的刹车装置。 第一章 第 页36A320前起落架起落装置的分类第一章 第 页37起落装置可分为前三点式、后三点式。起落装置的分类第一章 第 页38起落装置还可分为固定式、可收放式。起落装置（水上飞机）第一章 第 页39第一章 第 页40水上飞机起落装置（雪上飞机）第一章 第 页41动力装置（Power Plant）第一章 第 页42产生拉力或推力。发动机带动的发电机为飞机用电设备提供电源，从发动机引入的热气流可用于座舱加温或空调系统。第一章 第 页43动力装置的分类活塞式涡轮式涡轮喷气式第一章 第

8、页44涡轮桨叶式涡轮风扇式1.1.2 飞机座舱基本仪表介绍第一章 第 页45TB20座舱仪表小型飞机的六个基本仪表第一章 第 页46Airspeed Indicator 空速表Attitude Indicator 姿态仪Altitude Indicator 高度表Turn Coordinator 转弯侧滑仪 Horizontal Situation Indicator 水平状态指示器 Vertical Speed Indicator 升降速度表 不同飞行状态的转弯侧滑仪和地平仪第一章 第 页47左转弯右转弯不同飞行状态的转弯侧滑仪第一章 第 页48小球好比汽车过弯时仪表台上放置的眼镜。BASI

9、C T（彩色）第一章 第 页49老式驾驶舱（B17）第一章 第 页50新式驾驶舱（B777）第一章 第 页511.1.3 操纵飞机的基本方法第一章 第 页526自由度：3个空间位置，3个空间姿态3个姿态：俯仰控制：升降舵滚转控制：副翼偏航控制：方向舵3个位置：纵向位移：油门侧向位移：间接实现垂向位移：间接实现偏航控制俯仰控制滚转控制油门控制飞机的操纵方法飞机的姿态控制第一章 第 页53偏航控制滚转控制俯仰控制驾驶舱的其他操纵（TB20）第一章 第 页54发动机操纵杆及其松紧旋钮襟翼操纵器及指位表俯仰配平方向配平甚高频通讯收发机甚高频导航接收机无线电测距仪第一章 第 页55机翼操作手柄第一章 第

10、 页56起落架收放手柄第一章 第 页57涡桨发动机控制第一章 第 页58喷气式发动机控制A380侧位驾驶杆第一章 第 页591.1.4 机翼的形状第一章 第 页60机翼的剖面形状(翼型)剖面形状与平面形状等第一章 第 页61翼型参数翼弦中弧线相对厚度（厚弦比)，反映了翼型的厚薄程度。最大厚度位置相对弯度，反映了上下翼面外凸程度差别的大小最大厚度最大中弧高前缘后缘前缘半径弦长翼弦中弧线上表面下表面机翼的平面形状第一章 第 页62椭圆形梯形后掠翼三角翼矩形机翼平面形状参数第一章 第 页63翼展展弦比梢根比后掠角翼根弦长翼尖弦长1/4弦线翼展后掠角翼弦典型飞机的展弦比ModelMaAR后掠角F-15

11、2.53.045B737-3000.769.1725B747-4000.837.3937.5Concorde（协和式）2.041.8576 56第一章 第 页64上反角下反角机翼沿横轴方向与机身关系1.1.5 飞机的分类第一章 第 页65飞机审定（型号合格证）分类（ FAA Category）:正常类Normal 实用类Utility 特技类Acrobatic通勤类Commuter 运输类Transport 限制类Restricted限用类Limited 娱乐类Provisional 试验类Experimental1.1.5 飞机的分类第一章 第 页66飞行员审定（驾驶执照）分类类别Categ

12、ory：定翼机Airplane和旋翼机Rotorcraft。级别Class：单发陆地Single-Engine Land、多发陆地Multi-Engine Land、单发水上Single-Engine Sea、多发水上Multi-Engine Sea。型别Type：飞机的具体型号飞机和大气的一般介绍第一章本章主要内容第一章 第 页681.1 飞机的一般介绍1.2 飞机大气环境的一般介绍1.2 飞机大气环境的一般介绍第一章 第 页70 飞机是在大气的海洋里航行的飞行器。飞机的空气动力、发动机工作状态都与大气密切相关。第一章 第 页71 大气主要有三种成分：纯干空气、水蒸气以及尘埃颗粒。纯干空气含

13、有78%的氮气和21%的氧气，余下的1%由各种其他气体组成。1.2.1 大气的组成第一章 第 页721.2.2 大气的分层 若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平流层、中间层、电离层（暖层）、和散逸层等五层。大气的分层第一章 第 页73kg/m3hPaKftKmKg/m3对流层平流层(同温层)中间层电离层(暖层)温度第一章 第 页741.2.3 大气特性（1）空气密度：单位体积内的空气质量。高度增加，空气密度减小。 在海平面，压力1013hPa，温度15时的空气密度为1.220kg/m3；在22000ft的高空（6500m），空气密度降为海平面密度的一半，即0.61km/m3。第一章 第

14、 页75（2）空气压力：即气压，空气的压强，物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。 在静止的大气中，大气压力就是物体单位面积上所承受的大气柱的重量，这个重量非常大，在海平面，人体所承受的空气柱重量约为20顿。 随着高度增加，空气压力减小。高度每增加1000ft，气压降低约1inHg。1inHg = 3386Pa1 Pa = 0.0002953 inHg 第一章 第 页76（3）空气温度：空气的冷热程度，表明了空气分子做不规则运动的平均速度大小。高度增加，气温近似线性降低（对流层内），每升高1000米，气温降低约6.5。气温的高低用温度表测量，主要单位有摄氏度（）、华氏度（）和开氏温度（K）。

15、第一章 第 页77（4）空气湿度：空气的潮湿程度，气象学常用相对湿度来表示，即空气中所含湿气与空气中所能包含的最大湿气之比。 气温越高，空气所能包含水分就越多。当相对湿度等于100%时，空气中包含的水分达到最大，称为饱和状态。 对于给定体积的空气，温度降低，相对湿度增大。当温度降低至相对湿度为100%时的温度称为露点温度。此时，大气中的水分开始凝结，变成看得见的雾、云、降水等天气现象。注意：水蒸气是同等体积的干空气重量的62%。因此，湿度越大，空气密度越小。第一章 第 页78（5）空气的粘性河中间的水流快，河岸边的水流慢。空气分子的不规则运动，使得相邻流体层之间相互牵扯，产生相对运动，是造成粘

16、性的主要原因。这种牵扯里叫做粘性力。第一章 第 页79速度梯度（V/h）越大，粘性力越大。温度越高，粘性力越大。气体性质不同，粘性不同。接触面积越大，粘性越大。第一章 第 页80（6）空气的压缩性：一定量的空气，当其压力或温度改变时，其密度或体积也要发生相应变化的这种物理性质。空气运动速度越大，压缩性表现的越强。温度越高，压缩性越弱。第一章 第 页81空气密度、压力和温度的关系：（气体状态方程）其中，R1、R 气体常数 1.2.4 国际标准大气第一章 第 页82 所谓国际标准大气，简称ISA，就是人为地规定一个不变的大气环境，作为计算和试验飞机的统一标准。第一章 第 页83国际标准大气参数海平

17、面高度为0，气温为288.15K、15C或59F。海平面气压为1013.2mBar(毫巴)或1013.2hPa(百帕)或29.92inHg(英寸汞柱)。对流层顶高度为11km或36089ft，对流层内标准温度递减率为，每增加1000m温度递减6.5C，或每增加1000ft温度递减2C。从11km到20km之间的平流层底部气体温度为常值。第一章 第 页84国际标准大气表ISA偏差第一章 第 页85ISA偏差是指：某处实际温度与ISA标准温度的差值。例1.1：已知某机场场温20C，机场压力高度2000英尺。求：机场高度处ISA偏差。解：在压力高度为2000英尺的机场处，ISA标准温度应为：T标准=

18、15C（2C/1000ft）2000ft=11C，而实际温度为：T实际=20C，所以，ISA偏差即温度差为：ISA偏差= T实际T标准=20C11C=9C，表示为：ISA+9C 第一章 第 页86本章小结飞机基本构成及功用机翼形状大气环境第一章 第 页87练习题：2.飞机飞行辅助操纵面是（ C）A.副翼、升降舵、方向舵、调整片B.缝翼、襟翼、调整片、全动平尾C.缝翼、襟翼、调整片1.飞机飞行主操纵面是（ A）A.副翼、升降舵、方向舵、水平安定面B.副翼、升降舵（或全动平尾）、方向舵C.副翼扰流板、襟翼、调整片、升降舵、方向舵第一章 第 页883.飞行中左压驾驶盘时（ ）A.左副翼上偏，右副翼下

19、偏B.对所有飞机左副翼上偏角与右副翼下偏角都相等C.左右副翼偏转让产生的附加升力相同4.飞行中蹬左舵时（ B）A.方向舵左偏，附加气动力向左B.方向舵右偏，附加气动力向右C.方向舵左偏，附加气动力向右第一章 第 页895.低速飞机翼型前缘（B ）A.较尖B.较圆钝C.为锲形6.下列哪种平面形状时机翼的诱导阻力最小（C ）A.矩形B.梯形C.椭圆形第一章 第 页907.翼型的中弧曲度越大，表明（ B）A.翼型的厚度越大B.翼型的上下表面外凸程度差别越大C.翼型外凸程度越大8.飞机 A 越大，诱导阻力越小。A.展弦比B.厚弦比C.中弧曲度第一章 第 页919.飞机的扰流板可以（ ）A.增大升力，减

20、小阻力B.增大阻力，减小升力C.增大飞机最大升阻比10.飞机地面扰流板主要作用是（A ）A.减小升力以增大刹车效率B.减小阻力C.增大升力以防止飞机失速第一章 第 页9211.在向左压盘时如果左侧机翼的扰流板升起，其作用是（ B）A.增大飞机的横向稳定性B.辅助副翼操纵以提高横向操纵效率C.增大飞机升力防止飞机掉高度12.国际标准大气规定的标准海平面气温是（ C）A.25B.10C.15第一章 第 页9313.标准海平面大气压为（ A）A.1013百帕B.1023百帕C.1003百帕14.当在2000米的高度上的实际气温为5，则该高度上的气温比标准大气规定的温度（ B ）A.高10B.高3C.

21、低10第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页952.1 气流特性2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识2.1 气流特性第二章 第 页97 空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。第二章 第 页98流体模型化理想流体，不考虑流体粘性的影响。不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma0.4。绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma0.4。2.1.1 相对气流第二章 第 页99运动方向相对气流方向自然风方向飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反第二章 第 页100只要相对气流速度

22、相同，飞机产生的空气动力就相同。对相对气流的现实应用第二章 第 页101直流式风洞回流式风洞把在物体在空气中的运动问题转化为空气的流动问题风洞。风洞实验段及实验模型第二章 第 页102第二章 第 页103风洞的其它功用第二章 第 页104迎角第二章 第 页105迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。相对气流方向就是飞机速度的反方向第二章 第 页106相对气流方向是判断迎角大小的依据第二章 第 页107 平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。水平飞行、上升、下降时的迎角第二章 第 页108上升平飞下降2.1.2 流线和流线谱第二章 第 页109空气流动

23、的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。流线：流场中一条假想的空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。流线的特点第二章 第 页110该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。流线每点上的流体微团只有一个运动方向。流线不可能相交，不可能分叉。第二章 第 页111流管：由许多流线所围成的管状曲面。流体不能穿出或穿入流管表面。流管就好像刚体管壁一样把流体运动局限在流管之内或流管之外，流管就像真实的管子一样。流线和流线谱第二章 第 页112流线谱是所有流线的集合。第二章 第 页113流线和流线谱的实例第二章 第 页114流线谱的特点第二章

24、 第 页115流线谱的形状与流动速度无关。物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压 ，流管收缩变细。气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。2.1.3 连续性定理第二章 第 页116 流体流过一流管时，并且在流管内连续不断并稳定地流动，则在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。连续性定理第二章 第 页11712A1,v1A2,v2单位时间内流过截面1的流体体积为单位时间内流过截面1的流体质量为同理，单位时间内流过截面2的流体质量为则根据质量守恒

25、定律可得：即结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。日常的生活中的连续性定理第二章 第 页118山谷里的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大2.1.4 伯努利定理第二章 第 页119 同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。伯努利定理第二章 第 页120 空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，并且流管高度变化小，重力势能可忽略不计。 因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。第二章 第 页121对t时间内，流管中的流量为v

26、At。则动能E动为压力能，即压力在t内所做的功，则压力能E压为第二章 第 页122约掉同类项，则得到伯努利公式：则有伯努利定理第二章 第 页123动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时当地的大气压。总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。深入理解动压、静压和总压第二章 第 页124同一流线：总压保持不变。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。深入理解动压、静压和总压第二章 第 页125同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速

27、大，压力小。伯努利定理适用条件第二章 第 页126气流是连续、稳定的，即流动是定常的。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气密度是不变，即空气为不可压流。在同一条流线或同一条流管上。第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页1282.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.3 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识第二章 第 页129升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag 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。第二章 第 页130总空气动力总空气动力

28、是升力与阻力的合力。2.2.1 升力的产生升力的产生原理第二章 第 页132前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。由连续性定理分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。升力的产生原理第二章 第 页133P1 v1P2 v2第二章 第 页134第二章 第 页135澄清错误的说法起点终点相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？第二章 第 页136升力的产生原理第二章 第 页137 上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure)第二章

29、第 页138翼型的压力分布矢量表示法 在描述机翼压力分布时，通常将机翼上各点的静压（P)与大气压（P）进行比较。 翼面各点静压P与大气压P之差（P = P - P），称为剩余压力。当机翼表面压强低于大气压， P小于零，称为吸力（负压）。当机翼表面压强高于大气压，P大于零，称为正压。第二章 第 页139 用矢量来表示正压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向（与翼面垂直）。驻点和最低压力点第二章 第 页140 B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。 A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零。坐标表示法第二章 第 页141 在用坐标表示机翼的压力分布时

30、，一般采用压力系数Cp，其定义为其中，p和v分别是远前方气流（来流）的压力和速度。第二章 第 页142机翼表面各点的静压P，得由伯努利方程，有压力系数Cp则可写成：第二章 第 页143 由此可知，压力系数Cp是无量纲参数。低速流动时，由连续性方程知，流速与流管横截面面积成反比。当迎角和翼型形状一定时，流线谱就不变，那么流管横截面面积也不变，则机翼表面某点的流速就不变。Cp也就不变，是一个常数。因此，Cp只取决于迎角和翼型的形状，与来流动压无关。第二章 第 页144 从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。 由上翼面吸力所产生

31、的升力，一般占总升力的60%-80%；而下翼面正压力所产生的升力只占总升力的20%-40%。第二章 第 页1452.2.3 升力公式吸力正压力第二章 第 页146微段dx上的升力为：（l为展长）由于ds上ds下dx，升力可表示为：第二章 第 页147令，则有其中，定义则升力公式第二章 第 页148 飞机的升力系数飞机的飞行动压机翼的面积。升力公式的物理意义第二章 第 页149飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。 升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。 第二章 第 页150 升力系数实际上等于用坐标法表示的机翼上、下表面压力系数曲线所围成的面积在垂直于相对气流方向上的

32、分量。低速飞行时，它取决于迎角和机翼形状。第二章 第 页151注意：1.升力系数不是升力，它只是一个影响升力的因素。2.升力与来流动压成正比。第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页1532.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力性能2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识2.2.2 阻力的产生第二章 第 页155 阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag阻力的分类第二章 第 页156 对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：摩擦

33、阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag)废阻力(Parasite Drag)升力粘性低速附面层第二章 第 页157 附面层，是气流速度从物面处速度为零逐渐增加到99%主流速度的很薄的空气流动层。速度不受干扰的主流附面层边界物体表面附面层的形成附面层厚度较薄第二章 第 页158无粘流动和粘性流动第二章 第 页159无粘流动沿物面法线方向速度一致粘性流动沿物面法线方向速度不一致“附面层”附面层的形成是受到粘性的影响。附面层的特点第二章 第 页160附面层内沿物面法向方向压强不变且等于

34、法线主流压强。P1P2 只要测出附面层边界主流的静压，便可得到物面各点的静压，它使理想流体的结论有了现实意义。第二章 第 页161附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。l 对飞机而言，从机翼前缘开始，翼面附面层逐渐增厚，距机翼前缘1-2m处的附面层厚度从数毫米到数十毫米。层流附面层和紊流附面层第二章 第 页162 附面层分为层流附面层和紊流附面层，层流在前，紊流在后。层流与紊流之间的过渡区称为转捩(lie)点。转捩点层流附面层紊流附面层 附面层由层流转捩为紊流的外因是物面的扰动作用，内因则是层流本身的不稳定。层流的不稳定性第二章 第 页163123abc第二章 第 页164 1.紊流附面层

35、的厚度比层流附面层要厚，层内由于空气微团上下乱动，相邻各层的流速差较小，即速度梯度小。 2.紊流附面层靠近物面部分，由于空气微团的上下乱动受到物面的限制，仍然保持层流，称之为紊流的层流底层。厚度约为整个紊流附面层厚度的1%。紊流附面层的特点层流附面层和紊流附面层的速度型第二章 第 页165阻力的产生第二章 第 页166摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag)废阻力(Parasite Drag)升力粘性摩擦阻力第二章 第 页167 由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到

36、零，根据作用力与反作用力定律，飞机必然受到空气的反作用。这个反作用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。影响摩擦阻力的因素第二章 第 页168紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。 摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大摩擦阻力占总阻力的比例超音速战斗机25-30%大型运输机40%小型公务机50%水下物体70%船舶90%第二章 第 页169压差阻力第二章 第 页170 压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。

37、顺压梯度与逆压梯度第二章 第 页171顺压：A到B，沿流向压力逐渐减小，如机翼上表面前段。逆压：B到C，沿流向压力逐渐增加，如机翼上表面后段。ABCB点是最小压力点。附面层分离第二章 第 页172 在逆压梯度作用下，附面层底层出现倒流，与上层顺流 相互作用，形成漩涡脱离物体表面的现象。分离点分离区的特点一第二章 第 页173 分离区内漩涡是周期性地、一个个单独产生的，它导致机翼的振动。分离区的特点二第二章 第 页174 分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。而且此压强低于物体前部迎风面的压强。P分离点P1P2P3P4P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4分离区的特点三第二章

38、第 页175 附面层分离的内因是空气的粘性，外因是因物体表面弯曲而出现的逆压梯度。分离点在最低压力点的后面。ABC最小压力点分离点分离点与转捩点的区别第二章 第 页176层流变为紊流（转捩），顺流变为倒流（分离）。分离可以发生在层流区，也可发生在紊流区。转捩和分离的物理含义完全不同。第二章 第 页177压差阻力的产生 气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。分离点位置与压差阻力大小的关系第二章 第 页178分离点靠前，压差阻力大。分离点靠后，压差阻力小。ABCC机翼迎角越大，分

39、离点越靠近机翼前缘。影响压差阻力的因素第二章 第 页179 总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。 压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。干扰阻力第二章 第 页180 飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。它主要产生于飞机各部件的结合部。干扰阻力的消除第二章 第 页181干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。 飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，使结合部较为圆滑，可以有效地减小干扰阻力的大小。诱导阻力第二章 第 页182

40、由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。翼尖涡的形成第二章 第 页183 正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。第二章 第 页184 正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面，就使下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜，上翼面反之。翼尖涡的形成第二章 第 页185翼尖涡的形成 由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向，于是就形成旋涡，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。翼尖涡形成的进一步分析第二章 第 页186注意旋转方向

41、翼尖涡的立体形态第二章 第 页187第二章 第 页188翼尖涡的形态第二章 第 页189第二章 第 页190下洗流（DownWash）和下洗角第二章 第 页191 由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场，称为下洗。在亚音速范围内，这下洗速度场会覆盖整个飞机所处空间范围。下洗角第二章 第 页192 下洗速度的存在，改变了翼型的气流方向，使流过翼型的气流向下倾斜，这个向下倾斜的气流称为下洗流（平均速度为），下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角。下洗速度沿翼展分布第二章 第 页193 不同平面形状的机翼，沿展向下洗速度的分布是不一样的。诱导阻力的产生第二章 第 页194 有

42、限展长机翼与无限展长机翼相比，由于前者存在翼尖涡和下洗速度场，导致总空气动力更加向后倾斜，即总空气动力沿飞行速度方向（即远前方相对气流方向）的分量更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。LLD影响诱导阻力的因素第二章 第 页195机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章 第 页196低展弦比使翼尖涡变强，诱导阻力增加。高展弦比使翼尖涡减弱，诱导阻力变小。展弦比对诱导阻力的影响第二章 第 页197展弦比对诱导阻力的影响机翼展弦比倒数升力系数不变时诱导阻力系数减少的百分比第二章 第 页1

43、98高展弦比飞机空速大小对诱导阻力大小的影响第二章 第 页199阻力诱导阻力空速空速小，下洗角大，诱导阻力大空速大，下洗角小，诱导阻力小第二章 第 页200翼梢小翼第二章 第 页201翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章 第 页202翼梢小翼可以减小诱导阻力 翼梢小翼改变了机翼沿展向分布的翼载荷。第二章 第 页203翼梢小翼可以减小总阻力阻力公式第二章 第 页204飞机的阻力系数飞机的飞行动压机翼的面积。回顾阻力组成第二章 第 页205摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag)废阻力

44、(Parasite Drag)升致阻力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 页206第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页2082.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识2.4 空气动力性能参数第二章 第 页210飞机的主要空气动力性能包括：升力特性阻力特性升阻比特性主要空气动力性能参数包括：最大升力系数最小阻力系数最大升阻比第二章 第 页21

45、1飞机的升力系数飞机的飞行动压机翼的面积。2.4.1 升力和阻力公式升力公式的物理意义第二章 第 页212飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。 升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。 阻力公式第二章 第 页213飞机的阻力系数飞机的飞行动压机翼的面积。第二章 第 页2142.4.2 升阻比 升阻比是相同迎角下，升力系数与阻力系数之比，用K表示。 升阻比的大小主要随迎角变化而变化。 升阻比越大，飞机的空气动力性能越好。 升力特性第二章 第 页215升力系数的变化规律（非对称翼型）2.4.3 飞机的空气动力性能曲线升力系数随迎角的变化规律第二章 第 页21

46、6当临界，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。烟风洞翼型绕流实验第二章 第 页217小迎角较大迎角大迎角第二章 第 页218翼型在不同迎角下的压强分布翼型在不同迎角下的压强分布第二章 第 页219第二章 第 页220不同迎角下的翼型压强分布第二章 第 页221压力中心（CP）位置随迎角改变的变化升力特性参数第二章 第 页222零升迎角，即升力系数等于零时的迎角。第二章 第 页223翼型在零升迎角下的压强分布压强高于环境气压压强低于环境气压压强低于环境气压气动中心下半部分合力上半部分合力升力系数曲线斜率：第二章 第 页224中小迎角范围，(2)接近并未达到临界迎角时(1)中小迎角范围内(3)

47、达到临界迎角时(4)超过临界迎角时以下情况， 如何变化？临界迎角和最大升力系数第二章 第 页225第二章 第 页226相对厚度对升力特性的影响相对厚度增加 相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。第二章 第 页227翼型前缘半径对升力特性的影响半径小半径大 前缘半径增加，临界迎角增加。第二章 第 页228展弦比对升力特性的影响展弦比高展弦比低 展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小。第二章 第 页229后掠翼对升力特性的影响平直机翼后掠翼 平直机翼的最大升力系数更大，升力系数曲线斜率越大，临界迎角越大。第二章 第 页230翼型前缘粗糙度对升力特性的影响光滑粗糙 翼型前缘越光滑，最大升

48、力系数越高，临界迎角越大。 阻力特性第二章 第 页231 阻力系数的变化规律阻力系数随迎角的变化规律第二章 第 页232在中小迎角范围，阻力系数随迎角增大而缓慢增大，飞机阻力主要为摩擦阻力，迎角对其影响很小。在迎角较大时，阻力系数随迎角增大而较快增大，飞机阻力主要为压差阻力和诱导阻力。在接近或超过临近迎角时，阻力系数随迎角的增大而急剧增大，飞机阻力主要为压差阻力。第二章 第 页233 阻力特性参数最小阻力系数和零升阻力系数 飞机的最小阻力系数非常接近零升阻力系数，一般认为二者为同一个值。注意：阻力系数永远不等于零，而是永远大于零。第二章 第 页234中小迎角时的阻力系数公式 在中

49、小迎角时，阻力系数公式可以表示为： A是诱导阻力因子，大小与机翼形状有关。第二章 第 页23 升阻比特性 升阻比 升阻比是相同迎角下，升力系数与阻力系数之比，用K表示。 升阻比的大小主要随迎角变化而变化。 升阻比越大，飞机的空气动力性能越好。第二章 第 页236 升阻比曲线迎角临界迎角最小阻力迎角升阻比随迎角的变化规律第二章 第 页237从零升迎角到最小阻力迎角，升力增加较快，阻力增加缓慢，因此升阻比增大。在最小阻力迎角处，升阻比最大。从最小阻力迎角到临界迎角，升力增加缓慢，阻力增加较快，因此升阻比减小。超过临近迎角，压差阻力急剧增大，升阻比急剧减小。性质角第二章 第 页238

50、性质角是总空气动力与升力之间的夹角。性质角越小，总空气动力向后倾斜越少，升阻比越大。 飞机的极曲线第二章 第 页239 极曲线将飞机的升力系数、阻力系数、升阻比随迎角变化的关系综合起来用一条曲线表示出来，以便于综合衡量飞机的空气动力性能。. 极曲线极曲线的深入理解第二章 第 页240 从坐标原点向曲线引切线，切点对应最小阻力迎角和最大升阻比。极曲线的深入理解第二章 第 页241 从原点所引直线与极曲线交于两点，则两点的升阻比相同，较高者的迎角较大，较高者的平飞速度较小。第二章 第 页242螺旋桨滑流不同滑流状态的极曲线不同滑流状态的极曲线第二章 第 页243 滑流使得升力系数和最

51、大升力系数增大，最大升阻比增大，极曲线向右上偏移。第二章 第 页244不同展弦比机翼的极曲线 展弦比越大，低速空气动力性能越好。第二章 第 页245放起落架时的极曲线 放下起落架时，阻力系数增大，升力系数不变，极曲线向左平移。最大升阻比减小。第二章 第 页246飞机的低速空气动力性能曲线总结2.4.5 地面效应第二章 第 页247 飞机在起飞和着陆贴近地面时，由于流过飞机的气流受地面的影响，使飞机的空气动力和力矩发生变化。这种效应称为地面效应。第二章 第 页248地面效应的产生原因上下翼面压差增加地面阻碍使下洗流减小下洗角减小，使平尾迎角减小飞机脱离地面效应区飞机处于地面效应区第二章 第 页2

52、49地面效应的效果上下翼面压差增加，从而使升力系数增加。地面阻碍使下洗流减小，使诱导阻力减小，阻力系数减小。下洗角减小，使平尾迎角减小，出现附加下俯力矩（低头力矩）。 地面效应的产生范围第二章 第 页250 飞机距地面高度在一个翼展以内，地面效应对飞机有影响，距地面越近地面效应越强。地效飞机第二章 第 页251 地效飞机是介于船和普通飞机之间的新型水上快速交通工具 。地效飞机在民用方面使用前景也十分广阔，如可用于海上和内河快速运输，海情侦察，水上救生等。“小鹰”地效飞机速度可达556千米/小时第二章 第 页252Beriev Bartini VVA 14地效飞行器地效飞机（我国的发展情况）第二

53、章 第 页253 我国科学家也早已关注到地效飞行器的研制，发起人便是原国家科委常务副主任、航天专家李绪鄂。1995年，他领导的中国科技开发院联合湖北水上飞机研究所、北京空气动力学研究所成立了中国地效飞行器开发中心，经过4年的努力，第一架中国的地效飞行器诞生了。第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页2552.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识2.5 增升装置的增升原理迎角与速度的关系第二章 第 页257速度迎角 飞机的升力主要随飞行速度和迎角变化。在大速度飞行时，只要求较小迎角，机翼就可以产生足够的升

54、力维持飞行。在小速度飞行时，则要求较大的迎角，机翼才能产生足够的升力来维持飞行。为什么要使用增升装置第二章 第 页258 用增大迎角的方法来增大升力系数从而减小速度是有限的，飞机的迎角最多只能增大到临界迎角。因此，为了保证飞机在起飞和着陆时，仍能产生足够的升力，有必要在机翼上装设增大升力系数的装置。 增升装置用于增大飞机的最大升力系数，从而缩短飞机在起飞着陆阶段的地面滑跑距离。第二章 第 页259主要增升装置包括：前缘缝翼后缘襟翼前缘襟翼2.5.1 前缘缝翼第二章 第 页260 前缘缝翼位于机翼前缘，在大迎角下打开前缘缝翼，可以延缓上表面的气流分离，从而使最大升力系数和临界迎角增大。在中小迎角

55、下打开前缘缝翼，会导致机翼升力性能变差。前缘缝翼第二章 第 页261 下翼面高压气流流过缝隙，贴近上翼面流动。一方面降低逆压梯度，延缓气流分离，增大最大升力系数和临界迎角。另一方面，减小了上下翼面的压强差，减小升力系数。第二章 第 页262前缘缝翼对压强分布的影响 较大迎角下，使用前缘缝翼可以增加升力系数。第二章 第 页263 从构造上看，前缘缝翼有固定式和自动式两种，其中固定式是早期飞机使用的，现在已经淘汰。前缘缝翼使用时机：大迎角（接近临界迎角）。第二章 第 页264第二章 第 页2652.5.2 后缘襟翼第二章 第 页266分裂襟翼 （The Split Flap）简单襟翼 （The P

56、lain Flap）开缝襟翼 （The Slotted Flap）后退襟翼 （The Fowler Flap）后退开缝襟翼 （The Slotted Fowler Flap） 放下后缘襟翼，使升力系数和阻力系数同时增大。因此，在起飞时放小角度襟翼，着陆时，放大角度襟翼。分裂襟翼（The Split Flap）第二章 第 页267 分裂襟翼是一块从机翼后段下表面向下偏转而分裂出的翼面，它使升力系数和最大升力系数增加，但临界迎角减小。分裂襟翼（The Split Flap）第二章 第 页268 放下分裂襟翼后，在机翼和襟翼之间的楔形区形成涡流，压强降低，吸引上表面气流流速增加，上下翼面压差增加，从

57、而增大了升力系数，延缓了气流分离。 此外，放下分裂襟翼使得翼型弯度增大，上下翼面压差增加，从而也增大了升力系数。简单襟翼 （The Plain Flap）第二章 第 页269 简单襟翼与副翼形状相似。放下简单襟翼，增加机翼弯度，进而增大上下翼面压强差，增大升力系数。但是放简单襟翼使得压差阻力和诱导阻力增大，阻力比升力增大更多，使得升阻比降低。简单襟翼 （The Plain Flap）第二章 第 页270 大迎角下放简单襟翼，升力系数及最大升力系数增加，阻力系数增加，升阻比降低（即空气动力性能降低），临界迎角降低。第二章 第 页271TB200的简单襟翼开缝襟翼 （The Slotted Fla

58、p）第二章 第 页272 开缝襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时进行开缝，和简单襟翼相比，可以进一步延缓上表面气流分离，增大机翼弯度，使升力系数提高更多，而临界迎角却降低不多。第二章 第 页273开缝襟翼 （The Slotted Flap）下翼面气流经开缝流向上翼面开缝襟翼的流线谱 后退襟翼（The Fowler Flap）第二章 第 页274 后退襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时向后滑动，和简单襟翼相比，增大了机翼弯度也增加了机翼面积，从而使升力系数以及最大升力系数增大更多，临界迎角降低较少。后退开缝襟翼 （The Slotted Fowler Flap）第二章

59、第 页275 后退开缝襟翼结合了后退式襟翼和开缝式襟翼的共同特点，效果最好，结构最复杂。目前有两种：查格襟翼和富勒襟翼。大型飞机普遍使用后退双开缝或三开缝的形式。双开缝三开缝第二章 第 页276747的后退开缝襟翼第二章 第 页277第二章 第 页278第二章 第 页2792.5.3 前缘襟翼第二章 第 页280 前缘襟翼位于机翼前缘。前缘襟翼放下后能延缓上表面气流分离，能增加翼型弯度，使最大升力系数和临界迎角得到提高。前缘襟翼广泛应用于高亚音速飞机和超音速飞机。克鲁格襟翼：第二章 第 页281B737-800的前缘襟翼第二章 第 页282增升装置的原理总结增升装置的原理总结第二章 第 页28

60、3 增升装置主要是通过三个方面实现增升：增大翼型的弯度，提高上下翼面压强差。延缓上表面气流分离，提高临界迎角和最大升力系数。增大机翼面积。增升装置的目的是增大最大升力系数。第二章飞机的低速空气动力本章主要内容第二章 第 页2852.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理2.6 其他补充知识第二章 第 页286 全、静压系统由全、静压测量管（皮托管pitot）及相应指示器（空速表和气压高度表）组成。静压引进装有真空膜盒的表室内气压高度表全压引进膜盒内腔，静压引进膜盒外的表室全、静压之差动压空速表。运输机的空速管一般安装在机翼前方的机身侧