第2章 空气动力学基础知识《民航飞机自动飞行控制系统》

《民航飞机自动飞行控制系统》✩精品课件合集空气动力学基础知识第二章目 录CONTENTS1引言2国际标准大气飞机升力的产生原理5飞机的空气动力特性气体流动的基本概念和基本方程34引言第1节1

引言空气动力学是研究飞机和空气做相对运动时（飞机在静止空气中运动或空气流过静止不动的飞机），空气的运动规律及空气作用在飞机上的力和力矩的规律的学科。在这种相对运动过程中，空气作用在飞机上的力叫作空气动力。它的大小和变化规律与飞机外形、飞行姿态、飞行速度和飞行高度有密切的关系。国际标准大气第2节2

国际标准大气所谓国际标准大气（International

Standard

Air，ISA），就是人为地规定一个不变的大气环境，包括大气温度、密度、气压等随高度变化的关系，得出统一的数据，作为计算和试验飞行的统一标准。国际标准大气由国际民航组织（International

Civil

Aviation

Organization，ICAO）制订，它是以北半球中纬度地区大气物理特性的平均值为依据建立的。国际标准大气假设重力加速度为恒定值，包括如下规定：海平面高度为

0

m。海平面气温为

288.15

K，或15℃或

59℉。海平面气压为

1

013.2

hPa（百帕）或

29.92inHg（英寸汞柱）海平面声速为

661

kt。对流层高度为

11

km（36

089

ft）。对流层内标准温度递减率为每增加

1

000

m

温度递减

6.5℃，或每增加

1

000

ft

温度递减2℃；从11

km

到

20

km

之间的平流层底部气体温度为常值：－56.5℃

或

216.65K。气体流动的基本概念和基本方程第3节3.1

流线和流线谱流线是流体微团流动的路线。流线具有不可能相交，不可能分叉的特点。流线的集合称为流线谱，流线所围成的管状曲面称为流管。流线谱和流管3.2

流体的连续性定理连续性定理的表述为：流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。流过截面

1（面积为

S1，流速为

v1，密度为ρ1）和流过截面2（面积为

S2，流速为

v2，密度为ρ2）的流体的质量相等。即连续性方程为：S1v1

ρ

1=S2v2

ρ

2=常量当流体低速流动时，空气密度不变，

ρ

1=

ρ

2则：S1v1=S2v2即截面大的地方，流速小；截面小的地方，流速大。流速大小与截面面积成反比。流体的连续性定理3.3

流体的伯努利定理空气稳定流动时，主要有

4

种能量：动能、压力能、热能、重力势能。根据能量守恒定律，应有：动能+压力能+热能+重力势能=常量当空气低速流动时，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。因此，沿流管任意截面上有：

动能+压力能=常值伯努利定律可以表述为：稳定气流中，在同一流管的任意截面上，空气的动压和静压之和保持不变。由此可见，流速大，动压大，静压就小；流速小，动压小，静压就大。当流速减小到零，静压增加到最大，等于总压。流体的伯努利定理飞机升力的产生原理第4节4.1

机翼的形状和机翼的基本参数3—后缘；4—翼弦。翼型机翼的形状主要是指机翼的平面形状和剖面形状，它是影响机翼的空气动力性能的主要因素。机翼的剖面形状（翼型）机翼的剖面形状是指沿着与机身纵轴平行的方向剖开来的剖面形状（通常也称为“翼型或翼剖面”）1—上、下表面；2—前缘；翼剖面最前端的一点称为“前缘”，最后端的一点称为“后缘”，机翼前缘与后缘之间的连线称为“翼弦”，也称为弦线。翼弦4.1

机翼的形状和机翼的基本参数迎

角相对气流方向（飞行速度方向）与翼弦之间的夹角，称为迎角，用α表示。相对气流方向指向翼弦下方为正迎角，相对气流方向指向翼弦上方为负迎角，相对气流方向与翼弦平行为零迎角。飞行中飞行员可通过前后移动驾驶杆来改变飞机的迎角。飞行中经常使用的是正迎角。迎角4.2

机翼上升力的产生原理升力的定义飞机在空中飞行时，相对气流流过飞机，就会产生作用于飞机的空气动力。飞机各部分所产生的空气动力的总和，叫作飞机的总空气动力，通常用

R

表示。将飞机的总空气动力

R

分解为垂直于飞行速度（相对气流）方向和平行于飞行速度（相对气流）方向的两个分力。垂直于飞行速度方向的分力叫升力，用

L

表示。平行于飞行速度方向的分力叫阻力，用

D表示。飞机的总空气动力、升力和阻力4.2

机翼上升力的产生原理翼型的压力分布在描述机翼的压力分布时，通常将机翼上各点的静压（p）与大气压（p0）进行比较。翼面各点静压（p）与大气压（p0）之差称为剩余压力，即∆p＝p－p0如果翼面上某点的静压高于大气压，则∆p

为正值，叫作正压；如果翼面上某点的静压低于大气压，则∆p

为负值，称为吸力（或负压）。吸力和正压可以用矢量来表示，矢量方向与翼面垂直，箭头由翼面指向外，表示吸力（负压）；箭头指向翼面，表示正压。矢量箭头的长度表示吸力或正压的大小。将各点矢量的外端用光滑的曲线连接起来，就得到了矢量表示的机翼压力分布图。机翼压力分布的矢量表示法4.2

机翼上升力的产生原理升力公式机翼上产生的升力可用下面的公式来计算：CL为升力系数，主要取决于迎角和翼型的形状，与动压（流速）无关，由试验取21

2得；S

为机翼面积；ρ为空气密度；v

为气流速度； ρv

表示动压。飞机的空气动力特性第5节5.1

升力特性飞机的升力特性是指飞机升力系数的变化。在中小迎角范围，由于气流与全部机翼表面接触，升力系数呈线性变化，即升力系数随迎角的增大而线性增大。当迎角增加到一定范围时，随着迎角增大，气流开始从机翼后缘分离，升力系数增大的趋势减缓，呈曲线增大。飞机的升力系数曲线5.2

阻力特性飞机的阻力特性是指飞机的阻力变化规律。阻力系数随迎角的增大而一直增大，近似于抛物线规律。在中小迎角范围，迎角增大，阻力系数增加缓慢。迎角较大时，随迎角增大，阻力系数增加较快。接近或超过临界迎角时，阻力系数急剧增大。某型飞机的阻力系数曲线5.3

升阻比特性升阻比是在相同迎角下，升力系数与阻力系数之比。升阻比大，说明在同一升力的情况下，阻力比较小。升阻比越大，飞机的空气动力性能越好，对飞行