第三章 飞行理论

空气动力学基础（ME、AV）第一章大气物理学第二章空气动力学第三章飞行理论第四章飞机的稳定性和操纵性第三章飞行理论3.1飞机重心、机体坐标和飞机在空中运动的自由度3.2飞行时作用在飞机上的外载荷及其平衡方程3.3载荷系数3.4巡航飞行、起飞和着陆3.5水平转弯和侧滑3.6等速爬升和等速下滑3.7增升原理和增升装置飞机的重（质）心：是飞机各部件、燃油、乘员和货物等重力(W)合力的作用点。3.1飞机重心、机体坐标

和飞机在空中运动的自由度W一般均以飞机平均气动力弦长的前缘点最为参考点记作：xw相对重心位置：飞机的重心CG(centerofgravity)位置W25%bA飞机的重心CG(centerofgravity)位置3.1飞机重心、机体坐标

和飞机在空中运动的自由度飞机的空中运动：确定飞机在空中运动特性的基本方法是把飞机看做一个刚体，飞机的任何一种运动都可以分解成随重心的移动和绕重心的转动。那么飞机在空中运动的自由度有六个：平移3个；转动3个。飞机机体坐标系O（Xt，Yt，Zt）飞机机体坐标系O（Xt，Yt，Zt）飞机的机体轴线有三个，它们都相交于飞机的重心，并且两两相互垂直沿着机身长度方向，在水平平面内由机尾通过重心指向机头的直线称为飞机的纵轴OXt（滚转轴）通过飞机的重心并垂直于纵轴和横轴，指向飞机上方的直线称为飞机的立轴OYt（偏航轴）从左机翼通过飞机重心到右机翼并与纵轴垂直的直线称为飞机的横轴OZt（俯仰轴）飞机绕全机重心转动的三个自由度3.2飞行时作用在飞机上的

外载荷及其平衡方程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。飞机处于平衡状态时（也叫做定常飞行）：——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3.2飞行时作用在飞机上的

外载荷及其平衡方程飞机上的外载荷：重力、空气动力和发动机推力。飞机上的外载荷平衡方程飞机机体坐标系O（Xt，Yt，Zt）飞机水平直线匀速飞行时的平衡方程飞机俯冲拉起时的受载情况3.3载荷系数（Ny）除了飞机重力外，作用在飞机上的其他外载荷沿飞机机体坐标轴方向的分量与飞机重力之比称为飞机在该方向的载荷系数（过载）。分别用nx,ny,nz来表示，下标表示过载的方向。如Ny=L/W。载荷系数的大小表示外载荷是飞机重力的几倍，正负表示外载荷的方向。3.4飞机水平直线匀速飞行时的平衡方程升力拉力重力阻力升力等于重力，高度不变

拉力等于阻力，速度不变3.4巡航飞行、起飞和着陆平飞速度能够产生足够的升力来平衡重力的飞行速度叫平飞所需速度，以v平飞表示。影响因素：飞机重量、机翼面积、空气密度和升力系数。飞机巡航飞行时，减小迎角可以加大平飞速度；加大迎角可以减小平飞速度。巡航飞行平飞所需拉力随着平飞速度的增大，平飞所需拉力先减小后增大。平飞所需拉力曲线变化的原因分析根据升阻比随迎角变化的规律，可以知道平飞所需拉力是随迎角增加先减小后增大。平飞所需拉力曲线变化的原因分析平飞所需功率随着平飞速度的增大，平飞所需功率先减小后增大。平飞所需功率巡航飞行最大平飞速度一般是指发动机满油门状态下，飞机做水平直线飞行时所能达到的最高稳定平飞速度。相关因素：发动机的可用推力飞机平飞所需推力飞行高度的限制随着高度的增加，最大平飞速度减小飞机结构强度限制剩余推力P平飞<P可用P平飞>P可用翼型的压力分布巡航飞行最小平飞速度飞机维持水平飞行的最低稳定速度。相关因素最大升力系数（最小平飞速度大于失速速度）发动机可用推力飞行高度（随着高度的增加，飞机的最小平飞速度将增大）巡航飞行飞机平飞速度范围巡航飞行飞行包线飞机在飞行中出现的各种飞行参数的组合只能出现在飞行包线所围范围以内或飞行包线的边界上。速度过载包线巡航飞行巡航性能巡航速度每千米耗油量最小的飞行速度航程飞机在无风和不加油的条件下，连续飞行耗尽可用燃油时飞行的水平距离航时飞机耗尽可用燃油时能持续飞行的时间。起飞离地速度起飞距离从开始滑跑到飞机越过安全高度时所经过的水平距离。三个阶段：起飞滑跑加速、拉起离地和上升到安全高度影响因素：起飞重量，发动机推力，大气条件，增升装置的使用以及爬升角着陆接地速度着陆滑跑距离相关因素：接地速度、滑跑减速快慢。3.5水平转弯和侧滑水平转弯：飞机在水平面内连续改变飞行方向的曲线运动。正常水平转弯是一种无侧滑的、匀速的圆周运动，飞行高度也不变。水平转弯水平转弯飞机水平转弯时，升力在垂直方向分量与飞机的重量平衡；在水平方向的分量提供了使飞机作曲线运动的向心力。相关操纵：副翼，升降舵，发动机推力，方向舵。最大倾斜角的限制因素：飞机结构强度、发动机推力、飞机临界迎角。侧滑侧滑飞机沿机体坐标轴Zt轴方向的移动叫做侧滑。侧滑角飞机对称面与相对来流之间的夹角叫做侧滑角，β。需要副翼，升降舵和方向舵操纵,油门杆相互配合完成。3.6等速爬升和等速下滑等速爬升爬升角飞行速度与水平面之间的夹角。爬升率单位时间内，飞机等速上升的高度。升限理论升限飞机的最大上升率为零对应的高度。实用升限飞机最大上升率为100ft/min对应的高度。等速下滑飞机在零推力状态下，沿直线等速下降的运动。下降角是指飞机的下降轨迹与水平面之间的夹角。下降距离是指飞机下降一定高度所前进的水平距离。则零拉力下滑时：结论：零拉力时，飞机的下滑角仅取决于升阻比的大小（注意和重量无关），以最大升阻比下滑，即以最小阻力速度下滑，下滑角最小。零拉力下滑时的下滑角和下滑距离由运动方程：根据下滑角和下滑距离的关系：滑翔比以最大升阻比速度下滑，下降同样高度，前进距离最长。3.7增升原理和增升装置3.7增升原理和增升装置随着现代民用运输机逐渐大型化、高速化，这些大型飞机的起飞着陆速度会越来越高。目的：在较低速度下得到较大的升力，即增大飞机的最大升力系数，降低飞机起飞着陆速度，改善飞机起飞着陆性能，提高飞机起飞着陆安全性。增升装置的原理改变机翼剖面形状，加大翼型的弯度。增大机翼上下表面的压强差，提高升力系数。增大机翼面积，从而增大升力系数。控制机翼上的附面层，推迟机翼上表面气流分离。提高临界迎角值，提高升力系数。主要增升装置包括：后缘襟翼前缘襟翼前缘缝翼后缘襟翼放下后缘襟翼，使升力系数和阻力系数同时增大。分类简单襟翼开裂式襟翼开缝式襟翼后退式襟翼后退开缝式襟翼双缝或三缝襟翼简单襟翼它主要靠增大翼剖面的弯拱程度(弯度)来增大升力。当简单襟翼放下时，翼剖面变得更弯拱，增大了上翼面气流的流速，从而增大了升力，但同时阻力也随着增大。开裂式襟翼开裂式襟翼襟翼放下后，机翼剖面变得更弯拱，也就是增大了翼剖面的弯拱程度(弯度)。这样可提高机翼上表面的流速，增大了上下表面的压强差，也就是增大了升力。这种襟翼本身象块薄板，紧贴于机翼后缘并形成机翼的一部分，用时放下，在后缘与机翼之间形成一个低压区，对机翼上表面的气流具有吸引作用，使其流速增大，因而增大了机翼上下表面的压强差，即增大了升力；同时还延缓了气流分离。开缝式襟翼开缝式襟翼开缝式襟翼是对简单襟翼的改进，当它放下时，一方面能增大机翼翼剖面的弯度；另一方面它的前缘与机翼后缘之间形成一个缝隙。下翼面的高压气流通过这个缝隙，以较高的速度流向上翼面，使上翼面附面层中的气流速度增大，因而延缓了气流分离，达到增升的目的。后退式襟翼后退式襟翼与开缝式襟翼相似，也有双重增升作用。（1）增加翼剖面的弯度；（2）增大机翼的面积。后退开缝式襟翼（福勒襟翼）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。大型飞机普遍使用后退双开缝或三开缝的形式。双缝和三缝襟翼双开缝三开缝双缝和三缝襟翼747的后退开缝襟翼型式不同的后缘襟翼的增升效果型式不同的后缘襟翼的增升效果后缘襟翼在提高升力系数的同时也增大阻力系数在起飞时放小角度襟翼，着陆时，放大角度襟翼。后缘襟翼在提高升力系数的同时，临界迎角减小前缘襟翼的作用及原理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。前缘襟翼的分类B737-800的前缘襟翼前缘缝翼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。在中小迎角下打开前缘缝翼，会导致机翼升力性能变差。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。前缘缝翼较大迎角下，使用前缘缝翼可以增加升力系数。前缘缝翼前缘缝翼的作用延缓机翼上的气流分离，因而提高了“临界攻角”(一般能增大10°～15°)，使得机翼在更大的攻角下才会发生失速。增大最大升力系数(一般能增大百分之五十左右）。前缘缝翼的分类固定式前缘缝翼可动式前缘缝翼自动式可操纵式通常与后缘襟翼自动配合动作，防止在大迎角下使用后缘襟翼造成飞机失速。自动式前缘襟翼作用原理翼尖前缘缝翼的作用这种布置