飞行原理论文

飞行原理论文——张兴鹏要理解飞机的飞行原理就必须先懂得飞机的构成以及功用，飞机的升力是怎样产生的等问题。这些问题将提成几种部分简要讲解。一、飞行的重要构成部分及功用到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个重要部分构成：1.机翼——机翼的重要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同步也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不一样用途的飞机其机翼形状、大小也各有不一样。2.机身——机身的重要功用是装载乘员、旅客、武器、货品和多种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一种整体。3.尾翼——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构成，有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和偏转，保证飞机能平稳飞行。4.起落装置——飞机的起落架大都由减震支柱和机轮构成，作用是起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。5.动力装置——动力装置重要用来产生拉力和推力，使飞机前进。另一方面还可为飞机上的其他用电设备提供电源等。目前飞机动力装置应用较广泛的有：航空活塞式发动机加螺旋桨推进器、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机。除了发动机自身，动力装置还包括一系列保证发动机正常工作的系统。飞机上除了这五个重要部分外，根据飞机操作和执行任务的需要，还装有多种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备。二、飞机的升力和阻力飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在理解飞机升力和阻力的产生之前，我们还要认识空气流动的特性，即空气流动的基本规律。流动的空气就是气流，一种流体，这里我们要引用两个流体定理：持续性定理和伯努利定理：流体的持续性定理：当流体持续不停而稳定地流过一种粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。持续性定理论述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中，不仅流速和管道切面互相联络，并且流速和压力之间也互相联络。伯努利定理就是要论述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。伯努利定理基本内容：流体在一种管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼一般产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。从上图我们可以看到：空气流到机翼前缘，提成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，阐明流速加紧，压力减少。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。这里我们就引用到了上述两个定理。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力，从而翱翔在蓝天上了。机翼升力的产生重要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正压力的作用，一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右，下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。飞机飞行在空气中会有多种阻力，阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，它阻碍飞机的前进，这里我们也需要对它有所理解。按阻力产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力。1.摩擦阻力——空气的物理特性之一就是粘性。当空气流过飞机表面时，由于粘性，空气同飞机表面发生摩擦，产生一种制止飞机前进的力，这个力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，决定于空气的粘性，飞机的表面状况，以及同空气相接触的飞机表面积。空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大，摩擦阻力就越大。2.压差阻力——人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。3.诱导阻力——升力产生的同步还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。其产生的过程较复杂这里就不在详诉。4.干扰阻力——它是飞机各部分之间因气流互相干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力轻易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。以上四种阻力是对低速飞机而言，至于高速飞机，除了也有这些阻力外，还会产生波阻等其他阻力。三、影响升力和阻力的原因升力和阻力是飞机在空气之间的相对运动中（相对气流）中产生的。影响升力和阻力的基本原因有：机翼在气流中的相对位置（迎角）、气流的速度和空气密度以及飞机自身的特点（飞机表面质量、机翼形状、机翼面积、与否使用襟翼和前缘翼缝与否张开等）。1.迎角对升力和阻力的影响——相对气流方向与翼弦所夹的角度叫迎角。在飞行速度等其他条件相似的状况下，得到最大升力的迎角，叫做临界迎角。在不不小于临界迎角范围内增大迎角，升力增大：超过临界临界迎角后，再增大迎角，升力反而减小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增长越多：超过临界迎角，阻力急剧增大。2.飞行速度和空气密度对升力阻力的影响——飞行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力与飞行速度的平方成正比例，即速度增大到本来的两倍，升力和阻力增大到本来的四倍：速度增大到本来的三倍，胜利和阻力也会增大到本来的九倍。空气密度大，空气动力大，升力和阻力自然也大。空气密度增大为本来的两倍，升力和阻力也增大为本来的两倍，即升力和阻力与空气密度成正比例。3，机翼面积，形状和表面质量对升力、阻力的影响——机翼面积大，升力大，阻力也大。升力和阻力都与机翼面积的大小成正比例。机翼形状对升力、阻力有很大影响，从机翼切面形状的相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝的位置到机翼结冰都对升力、阻力影响较大。尚有飞机表面光滑与否对摩擦阻力也会有影响，飞机表面相对光滑，阻力相对也会较小，反之则大用力的平衡来解释比较合适，飞机在空中作匀速运动时作用在飞机上的历史平衡的：飞机引擎向前的推立和向后的阻力相等，飞机向下的重力和向上的推力相等，其中向上的阻力和向后的阻力时有一种力分解来的，就是“\”型的机翼所受到空气作用向后上方的推力，飞机的起飞和降落、加速和减速就是靠变换机翼的角度和调整引擎的速度来实现的。行原理简介（二）飞机能自由地飞行在空中，靠的是飞行员对飞机对的的操控。飞行员操作飞机，就是运用油门、杆、舵变化飞机的空气动力和力矩，从而变化飞行状态。为理解飞机的操作原理我们就需要懂得飞机的平衡、安定性和操作性等有关知识。下面从这三方面开始简要讲解飞机的飞行操作原理。为了让大家理解其中的术语，我们先简介某些基础知识：飞机的重心和飞机的坐标轴飞机的重心：飞机的各部件燃料、乘员、货品等重力之和是飞机的重力，飞机重力的着力点叫做飞机重心。飞机的坐标轴也叫机体轴是以机体为基准，通过飞机重心的三条互相垂直的坐标轴。一、飞机的平衡、安定性和操作性（一）.飞机的平衡是指作用于飞机的各力之和为零，各力重心所构成的各力矩之和也为零。飞机处在平衡状态时，飞机速度的大小和方向都保持不变，也不绕重心转动。飞机的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和横侧平衡。①飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零。飞机获得平衡后，不绕纵轴转动，迎角保持不变。作用于飞机的俯仰力矩诸多，重要有：机翼力矩、水平尾翼力矩及拉力（推力）力矩。影响俯仰平衡的原因：加减油门，收放襟翼、收放起落架和重心变化等。飞行中，影响飞机俯仰的原因是常常存在的。为了保持飞机的俯仰平衡，飞行员可前后移动驾驶杆偏转升降舵或使用调整片，产生操纵力矩，来保持力矩的平衡。②飞机的方向平衡是作用于飞机的各偏转力矩之和为零。飞机获得方向平衡后，不绕立轴转动，侧滑角不变或没有侧滑角。影响飞机方向平衡的原因：飞机一边机翼变形，左右两翼阻力不等；多发动机飞机，左右两边发动机工作状态不一样，或者一边发动机停车，从而产生不对称拉力；螺旋桨发动机，油门变化，螺旋桨滑流引起的垂直尾翼力矩随之变化。飞机的方向平衡受破坏时最有效的克服措施就是合适蹬舵或使用方向舵调整片，运用偏转方向舵产生的方向操纵力矩来平衡使机头偏转的力矩，从而保持飞机的方向平衡。③飞机的横侧平衡是作用于飞机的各滚转力矩之和为零。飞机获得横侧平衡后，不绕纵轴滚转，坡度不变或没有坡度。作用于飞机的滚转力矩，重要有两翼升力对重心形成的力矩：螺旋桨旋转时的反作用力矩。影响飞机的横侧平衡：飞机一边机翼变形，两翼升力不等；螺旋桨发动机，油门变化，螺旋桨反作用力矩随之变化；重心左右移动（如两翼油箱耗油量不等），两翼升力作用点至重心的力臂变化，形成附加滚转力矩。飞机的横侧平衡受破坏时，飞行员保持平衡最有效的措施就是合适左右压驾驶杆或使用副翼调整片，运用偏转副翼产生的横侧操纵力矩来平衡使飞机滚转的力矩，以保持飞机的横侧平衡。飞机的方向平衡和横侧平衡是互相联络、互相依赖的，方向平衡受到破坏，如不修正就会引起横侧平衡的破坏。（二）.飞机的安定性就是飞行中，当飞机受微小扰动（如阵风、发动机工作不均衡、舵面的偶尔偏转等）而偏离本来的平衡状态，并在扰动消失后，不经飞行员操纵，飞机自动恢复本来平衡状态的特性。飞机的安定性包括：俯仰安定性、方向安定性和横侧安定性。飞机安定性的的强弱，一般由摆动衰减时间、摆动幅度、摆动次数来衡量。当飞机受到扰动后，恢复本来平衡状态时间越短，摆动幅度越小，摆动次数越少，飞机的安定性就越强。飞机安定性的强弱，重要取决于飞机的重心位置、飞行速度、飞行高度和迎角的变化。（三）.飞机除应有必要的安定性外，还应有良好的操作性，这样才能保证飞行员故意识的飞行。飞机的操作性是只指飞机在飞行员操纵升降舵、方向舵和副翼下变化其飞行状态的特性。操纵动作简朴、省力，飞机反应快，操作性就好，反之则不。飞机的操纵性同样包括俯仰操纵性、方向操纵性和横侧操纵性。①飞机的俯仰操纵性是飞行员操纵驾驶杆使升降舵偏转之后，飞机绕横轴转动而变化迎角等飞行状态的特性。在直线飞行中，飞行员向后拉驾驶杆，升降舵向上偏转一种角度，在水平尾翼上产生向下的附升力，对飞机重心形成俯仰操作力矩，迫使机头上仰，迎角增大。驾驶杆前后的每个位置对应着一种迎角或飞行速度。飞行中，升降舵偏转角越大，气流动力越大，升降舵上的空气动力也越大，从而枢轴力矩也越大，所需杆力（飞行员操纵驾驶杆所施加的力）也越大。在模拟飞行中，假如使用微软的力回馈摇杆这种力可以体验到。②飞机的方向操纵性，就是在飞行员操纵方向舵后，飞机绕立轴偏转而变化其侧滑角等飞行特性。与俯仰角相似，在直线飞行中，每一种脚蹬位置，对应着一种侧滑角，蹬右舵，飞机产生左侧滑；蹬左舵，飞机产生右侧滑。方向舵偏转后，同样产生方向舵枢轴力矩，飞行员需要用力蹬舵才能保持方向舵偏转角不变。方向舵偏转角越大，气动动压越大，蹬舵力越大。③飞机的横侧操纵性是指在飞行员操纵副翼后，飞机绕纵轴滚转而变化滚转角速度、坡度等飞行状态的特性。例如：飞行员向左压驾驶盘，右副翼下偏，右翼升力增大，左副翼上偏，左翼升力减小，两翼升力之差，形成横侧操纵力矩，使飞机向左加速滚转。在横侧操纵中，驾驶盘左右转动的每一种位置，都对应着一种滚转角速度。驾驶盘左右转动的角度越大，滚转角速度越大。假如飞行员要想保持一定的坡度，就必须在靠近预定坡度时将盘回到中立位置，消除横侧操纵力矩，在横侧阻转力矩的制止下，使滚转角速度消失。有时，飞行员甚至可以向飞机滚转的反方向压一点驾驶盘，迅速制止飞机滚转，使飞机精确地到达预定飞行坡度。飞机的操纵性不是一成不变的，它要受到许多原因的制约，影响飞机操纵性的原因有飞机重心位置的前后移动、飞行的速度、飞行高度、迎角等。飞行原理简介（三）这部分我们要理解飞机最简朴的运动形式：平飞、上升和下降。平飞、上升和下降指的是飞机既不带倾斜也不带侧滑的等速直线飞行。这也是飞机最基本的飞行状态。飞机平飞、上升和下降性能是飞机最基本的飞行性能，如：平飞最大速度、平飞最小速度、最大上升角、最大上升率，升限、最小下降角、最大下降距离等，这些都是飞行员首先要学习和掌握的。一.平飞飞机作等速直线水平的飞行，叫平飞。平飞中作用于飞机的外力有升力、重力、拉力（或推力）和阻力。平飞时，飞机无转动，各力对重心的力矩互相平衡，且上述各力均通过飞机重心。为保持平飞，需要有足够的升力以平衡飞机的重量，为了产生这一升力所需的飞行速度，叫平飞所需速度影响平飞所需速度的原因：飞机重量在其他原因都不变的条件下，飞机重量越重，为保持平飞所需的升力就越大，故平飞所需速度也越大。相反，飞机重量越轻，平飞所需速度就越小。机翼面积机翼面积大，升力也大。为了获得同样大的升力以平衡飞机重量，所需平飞速度就小。反之，机翼面积小，平飞所需速度就大。空气密度空气密度小，升力也小，为了获得同样大的升力以平衡飞机重量，平飞所需速度就增大。反之，空气密度大，平飞所需速度就减小，空气密度的大小是随飞行高度以及该高度的气温气压而变化的，飞行高度升高，或在同一高度上，气温升高或气压减少，空气密度都会减小。反之增大。升力系数升力系数大，平飞所需速度就小。由于，升力系数大，升力大，只需较小的速度就能获得平衡飞机重量的升力。反之，升力系数小，平飞所需速度就大。而升力系数的大小又决定于飞机迎角的大小和增升装置的使用状况。迎角不一样，开力系数不一样，平飞所需速度也就不一样。在不不小于临界迎角的范围内，用大迎角平飞，升力系数大，平飞所需速度就小，用小迎角平飞，升力系数小，平飞所需速度就大，即是说，平飞中每一种迎角均有一种与之对应的平飞所需速度。增升装置的使用状况不一样，升力系数大小也不一样，平飞所需速度也将下同样。（例如放襟翼起飞，由于升力系数大，为平衡飞机重量所需的速度就小，即离地速度小，起飞滑跑距离就短）。1.最大平飞速度，在一定的高度和重量下，发动机加满油门时，飞机所能到达的稳定平飞速度，就是飞机在该高度上的最大平飞速度。平飞最大速度是理论上飞机平飞所能到达的最大速度，而并不是飞机实际的最大使用速度，由于飞机强度等限制，最大使用速度比平飞最大速度也许要小。例如三叉戟飞机，在海平面，原则大气，全收状态下，平飞最大速度为480海里/小时，而最大使用速度则规定为365海里/小时。2.平飞最小速度，是飞机作等速平飞所能保持的最小速度。如有足够的可用拉力或可用功率，那么平飞最小速度的大小受最大升力系数的限制。由于临界迎角的升力系数最大，因此与临界迎角相对应的平飞速度（失速速度），就是平飞最小速度。对飞机的规定来说，平飞最小速度越小越好，因平飞最小速度越小，飞机就可用更小的速度接地，以改善飞机的着陆性能。临界迎角对应的平飞速度，是平飞的最小理论速度。实际上当飞机靠近临界迎角时，由于机翼上气流严重分离，飞机出现强烈抖动，飞机不仅易失速并且安定性、操纵性都差。因此实际上要以该速度平飞是不也许的。为保证安全，对飞行迎角的使用应留有一定的余量，不容许在临界迎角状态飞行。3.平飞有利速度就是以有利迎角保持平飞的速度。以有利速度平飞，升阻比最大平飞阻力最小，航程较远。4.经济速度就是用最小所需功率作水平飞行时的速度。用经济速度平飞所需功率最小，即所用发动机的功率最小，比较省油，航时较长。与经济速度相对应的迎角，叫经济迎角。在平飞中变化速度的基本操纵措施是：要增大平飞速度，必须加大油门，并伴随速度的增大而前推驾驶杆；同理，要减小平飞速度则必须收个油门，并伴随速度的减小而后拉驾驶杆。也就是说，从一种平飞状态变化到另一种乎飞状态，必须同步操纵油门和驾驶杆。此外，对螺旋桨飞机正必顶要修正因加减油门而引起的螺旋桨副作用的影响。不过必须指出，上述变化平飞速度的操纵规律只有在不小于经济速度的范围内才适合。二.上升飞机沿向上倾斜的轨迹所作的等速直线飞行就叫上升。上升是飞机获得高度的基本措施。上升中作用于飞机的外力和平飞相似，有升力、重力、拉力（或推力）和阻力。飞机的上升性能重要包括最大上升角、最大上升率、上升时间和上升程度。1.上升角和上升梯度上升角是飞机上升轨迹与水平线之间的夹角。上升角越大，阐明通过同样的水平距离后，上升的高度越高。上升高度与水平距离的比值，就是上升梯度。飞机的剩余拉力（或剩余推力）越大，或飞机重量越轻，则上升角和上升梯度越大。2.上升率和最快上升速度在上升中，飞机每秒钟所上升的高度，叫上升率，也叫上升垂直速度，上升率越大，表明飞机上升到一定高度所需的时间越短，飞机就能迅速获得高度。因此说，飞机的最大上升率是飞机重要的飞行性能之一。剩余功率越大，或飞机重量越轻功率越大。由于飞机上升的过程，实际就是将剩余功率变成势能的过程。在飞机重量不变的状况下，剩余功率越大，飞机在单位时间内增长的势能就越多，上升率也就越大。在剩余功率一定的状况下，飞机重量越轻，在单位时间内上升的高度越高、上升率也就越大。在重量一定的状况下升率的大小重要决定于剩余功率的大小，而剩余功率的大小又决定于油门位置和上升速度。在油门位置一定的状况下，用不一样速度上升，由于剩余功率大小不一样，上升率大小也就不一样。对低速螺旋桨飞机，加满油门，在有利速度附近，剩余功率最大，因此用近似有利速度的速度上升，可以得到最大的上升率。3.上升时间和上升程度上升率的变化决定于剩余功率的变化。因此，上升率随飞行高度的变化，也就决定于剩余功率随飞行高度的变化。就可以确定出飞机在各个飞行高度上的最大上升率以及最快上升速度。在额定高度以上，伴随高度的升高，发动机发出的功率减小，可用功率减小，剩余功率随之减小。因此，最大上升率伴随高度的升高一直减小。既然最大上升率随高度的增长要一直减小，那么上升到一定高度，上升率势必要减小到零。这时飞机不也许再继续上升。上升率等于零的高度叫做理论上升程度，简称理论升限。飞机上升到预定高度所需的最短时间，叫上升时间。飞机由平飞转入上升的基本操纵措施是：加大油门到预定位置，同步柔和后拉驾驶杆，使飞机逐渐转入上升，及至靠近预定上升角（上升率）时，即前推驾驶杆，以便使飞机稳定在预定的上升角。必要时，调整油门．以保持预定的上升速度。对螺旋桨飞机，还应注意修正螺旋桨副作用的影响。飞机由上升转入平飞，飞行员就应前推驾驶杆，减小迎角，以减小升力。只有升力不不小于重力第一分力，飞机产生向下的向心力之后，飞机运动轨迹才会向下弯曲，才也许转入平飞。飞机由上升转入平飞的基本操纵措施是：柔和地前推驾驶杆减小升力，同步收小油门，使飞机逐渐转入平飞，待上升角靠近零时，即后拉驾驶盘保持平飞。必要时调整油门，以保持等速平飞，对螺旋桨飞机，还应注意修正螺旋桨副作用的影响。三.下降飞机沿向下倾斜的轨迹所作的等速直线飞行就叫下降。下降是飞机减少高度的基本措施。下降中作用于飞机的外力和平飞相似，有升力、重力、拉力（或推力）和阻力。飞机的下降根据需要可用正拉力、零拉力或负拉力进行。拉力近似于零（闭油门）的下降叫下滑。飞机的下降性能重要包括最小下降角、最小下降率和最大下降距离。1.下降角和下降率下降轨迹与水平线之间的夹角叫下降角。飞机每秒钟所减少的高度叫下降率。下降率越大，飞机减少高度越快，下降到一定高度的时间就短。2.下降距离飞机下降一定高度所通过