飞机空气动力学课件：飞行过程与状态描述

飞行过程与状态描述《飞机空气动力学》目录10.3气流与气象对飞行活动的影响10.2机场起降模式(五边飞行)10.4飞机飞行常用的三大坐标10.1飞机的飞行过程10.1

飞机的飞行过程

10.1

飞机的飞行过程

飞机完成一次飞行任务要经历起飞、爬升、巡航、下降、进场和着陆等过程，如图10-1所示，飞行过程中飞行姿态与运动状态有所不同图10-1飞机飞行过程

10.1

飞机的飞行过程

1．起飞过程飞机从静止、开始滑行(Taxi)、离开地面、上升到安全高度的运动过程，叫作起飞(Takeoff)过程。现代喷气式飞机的起飞过程包含地面加速滑跑、离地、加速爬升3个阶段，如图10-2所示。根据统计，起飞与着陆离地最近且大气的气候条件变化最为剧烈，所以是飞行意外发生最多的两个过程。图10-2飞机起飞过程

10.1

飞机的飞行过程

起飞过程中，飞机先滑行到起飞线，刹住机轮，襟翼放到起飞位置，并使发动机转速增加到最大值，然后松开刹车，飞机在推力作用下开始加速滑跑。当滑跑速度达到一定数值时，飞行员向后拉驾驶杆，抬起前轮，增大迎角，飞机只用两个主轮继续滑跑，机翼的升力随着滑跑速度的增加而增大。当其值等于重力时，飞机便离开地面，加速爬升。当飞机上升到10~15m高度收起起落架，上升到25m高度后起飞阶段结束。起飞过程各阶段经历的水平距离总和，称为起飞距离。起飞距离越短越好，这样可以减少跑道的长度，从而降低建筑机场的费用，而起飞距离与重力(包含飞机自身的重力、装载量以及加油量)、发动机的推力、大气条件、跑道状况以及增升装置的使用有密切的关系。

10.1

飞机的飞行过程

现代民用客机为了安全起见，都使用双发或更多发动机。起飞过程难免发生发动机故障，这时必须观察飞机的速度，以决定是否中止起飞过程，我们称此速度为飞机的起飞决断速度(Take-off

decision

speed)V1如果速度大于V1

，飞行员不能中断起飞，待先起飞后再处理故障带来的问题。因为一旦中断起飞，飞机的刹车无法使其在有限跑道长度内停止而容易冲出跑道。如果速度小于则必须放弃起飞。如图10-3所示。VEF

—发动机失效时速度；V1

—起飞决断速度；VR

—仰转速度；VLO

—升空速度图10-3飞机起飞过程中发动机失效处置方式

10.1

飞机的飞行过程

2．爬升过程起飞过程结束后，

逐步升高到一定预定高度(巡航高度，Cruisingaltitude)的过程，称为爬升(Climb)

过程。飞机的爬升方式有两种：一种是以固定的角度持

续爬升达到预定高度，另一种是阶段式爬升，也就是飞机爬升到一定高度后，即以水平飞行的方式来增加速度，然后再爬升到下一个高度，经过几个阶段后爬升到预定高度。以固定的角度持续爬升方式的好处是节省时间，但发动机所需的功率大，燃料消耗大。使用阶段式爬升

方式的好处是爬升过程中的升力随着速度的增加而增加，而且燃油的消耗使得飞机的重力不断降低，这种方式最节省燃料，如图10-4所示。图10-4飞机起飞过程中发动机失效处置方式

10.1

飞机的飞行过程

3．巡航过程飞机的巡航(Cruise)过程是指飞机完成起飞与爬升过程后进入预定高度的飞行过程。飞行的大部分时间都处于这个过程中，并保持在一定的飞行高度。飞机达到预定高度后，飞行员收小油门，降

低迎角，使飞行状态转为水平等速，我们称之为平飞。理论上，在没有受到气候变化或者其他因素影响假设下，飞行员可以按照选定的航线保持特定的速度和姿态飞行。最为经济的速度，

就是巡航速度，如图10-5所示。图10-5飞机巡航过程

10.1

飞机的飞行过程

巡航过程是飞行时间最长的过程，飞行员只需进行必要的监控，这个过程中的

飞行事故率相对较低。依据执行任务的需求，巡航速度可分成远航速度和久航速度。远航速度(Maximum

travel

range

speed)是指每单位千米耗油量最小的平飞速

度，也就是航程最远的巡航速度，而久航速度(Maximum

travel

time

speed)则

是指每单位时间耗油量最小的平飞速度，也就是可以获得最长航时或滞空时间最长的巡航速度。任务要求不一样，飞行员选定的巡航速度也就不一样，而且巡航速度也并不是唯一的固定值，它随着飞机重力(装载量与燃油量)、飞行距离、经济性以及任务需求等改变。

10.1

飞机的飞行过程

4．下降过程下降(Descent)是指飞机接近目的地时，从巡航高度开始下降，最后到达进场高度或指示其空中待命的空

域为止，这个飞行过程称为下降，如图10-6所示。飞机在机场上空由地面管制人员指挥对准跑道(Runway)准备着陆的飞行阶段称为进近或进场(Approach)阶段。跑道方向是固定的，而飞机从四面八方接近机场，这时必须按照空中交通管制中心规定的下滑线进场着陆，因此有些飞机得先围场转圈，待调整好方向后才能对准跑道进场着陆。有时下滑线和跑道被占用，着陆飞机就得接受空中交通管制部门的指挥，盘旋等待按照顺序着陆。机场上空如果天气不佳，能见度偏低，飞机也会在机场上空转圈等待，直到接到空中交通管制部门允许着陆的命令，才能调整方向进场着陆。

等待进场的飞行阶段称为空中待命(Holding)。图10-6飞机下降过程

10.1

飞机的飞行过程

5．着陆过程飞机的着陆过程主要由下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和地面减速滑跑5个阶段组成，从下滑直到完全停止为止经过的距离称为着陆距离，如图10-7所示。图10-7飞机着陆过程

10.1

飞机的飞行过程

飞机在降落前在大约离地300m的高度放下起落架，在200m左右的高度放下襟翼，转入下滑状态，同时发动机转速减小到最小转速。接近地面6~7m时，飞行员将驾驶杆向后拉使得飞机转入平飞状态，并开始平飞减速。这个阶段的飞机迎角不断增加，让升力等于重力使其不断减速，当迎角增加到最大迎角时，随着飞机速度降低，

升力小于重力，飞机下沉而逐渐触地，这就是飘落触地阶段。飘落时机轮触地的瞬间速度就是触地速度，如果触地速度过大，可能造成起落架和机体受力结构损坏，也会使得着陆距离过长，导致飞机冲出跑道的事故发生，所以这个速度越小越好。飞机在机轮触地后即转成地面滑跑阶段，由于空气阻力、地面摩擦力以及机轮刹车等作用，滑跑速度不断减小，直到完全停止运动，整个着陆过程就告结束。为了缩短着陆距离，可采用增升装置以降低触地速度，滑跑的阶段也使用扰流板(阻力板)、反推力装置(喷气式飞机)、反桨装置(螺旋桨飞机)与刹车等装置来减少距离。

10.1

飞机的飞行过程

6．盘旋与重飞(1)盘旋的定义与执行时机所谓盘旋(Circling)是指飞机在着陆前，

为了安全降落在水平面所做的等速圆周飞行动作。通常飞机会为了满足航情需求、气候条件以及飞行安全等而执行盘旋。①航情需求：有的时候，着陆的飞机很多，但是下滑线和跑道被占用，所以必须盘旋等待空中交通管制部门的指挥按顺序着陆。当然飞机在起飞时，也需要盘旋调整方向以便朝既定的航向飞行。②气候条件：如果机场上空天气不佳或能见度偏低，飞机必须在机场上空盘旋等待，直到接到空中交通管制部门允许着陆的命令，才调整方向进场着陆。如果飞行员在持续等待后仍然无法降落，就必须转往其他备降的机场。③飞行安全要求：除了直升机或特殊战斗机，一般的飞机多半无法停留在空中的定点，只能依靠盘旋来争取时间。当飞机准备动作没有全部完成，不能继续进场程序时，飞行员会向航管要求继续盘旋。如果重力增加，飞机着陆时必须达到的空气动力要求也会跟着提高

10.1

飞机的飞行过程

(2)重飞的定义与执行时机重飞(Go-around或Missed

approach)是指飞机在即将着陆前，出于飞行安全考虑，将机头

拉起重新起飞的动作。如果飞机着陆触地后再行重飞，则此重飞动作称为触地重飞(Touchandgo)，触地重飞动作在训练飞行及特技飞行时使用。通常飞机因为航管指示与机师要求等因素导致无法安全落地而执行重飞动作。①航管指示如果在着陆时，空中交通管制部门发现该飞机与前方降落或起飞的飞机间隔不足，或者跑道上有其他飞机或障碍物，认为该飞机无法安全落地，就会要求飞行员执行重飞的动作。②机师要求如果在着陆时，机场上空的能见度低于可着陆的最低标准或者侧风过大、低空风切，以及遇到突如其来的系统失效等机械故障问题时，飞行员认为现阶段无法将安全降落，会以无线电联络空中交通管制部门报告重飞，并在指定的空域待命以再度取得航管颁发进场降落许可。

10.1

飞机的飞行过程

【例10-1】试写出Taxi、Takeoff、Climb、Cruise、

Descent、Approach、

Landing

以及Go-around的中文意思并说明代表的含义【解答】(1)Taxi的中文意思为滑行，它是指飞机在起飞或着陆过程中加速或减速滑跑的动作。(2)Takeoff的中文意思为起飞，它是指飞机从静止开始滑行至离开地面并且上升到安全高度的加速运动过程。(3)Climb的中文意思为爬升，它是指飞机从起飞过程结束后，逐步升高到巡航高度的过程。(4)Cruise的中文意思为巡航，它是指飞机爬升到预定高度后，保持水平等速飞行状态的飞行过程。(5)Descent的中文意思是下降，它是指飞机接近目的地时，巡航高度开始渐渐减低，最后到达进场高度或指示其待命空域的飞行过程。(6)Approach的中文意思是进场，它是指飞机在机场上空由地面管制人员指挥对准跑道准备着陆的飞行阶段。(7)Landing的中文意思是着陆，它是指飞机自进场阶段至触地后静止的飞行过程。(8)Go-around的中文意思是重飞，它是指飞机在即将着陆触地前，因飞行安全的缘故，将机头拉起重新起飞的飞行动作。10.2

机场起降模式(五边飞行)

10.2

机场起降模式(五边飞行)

飞机在机场的起降过程必须按照一定的航线飞行，

这种飞行航线叫作起降航线。飞机的起降航线由5段组成，每一航段称为一个边，在机场起降的飞行模式称为五边飞行(Airfieldtrafficpattern)，如图10-8所示。除了特大型的机场，所有的机场都使用五边飞行的起降模式来确保安全与顺畅。图10-8五边飞行起降模式

10.2

机场起降模式(五边飞行)

标准的五边飞行模式是逆时针方向，但是为了应付各种障碍，避开山丘或者减少对当地居民噪声，顺时针方向的五边飞行模式也可以存在。飞机在机场起降时，地面的空中交通管制员(塔台管制员)指示飞行员如何进入或离开这个模式。五边飞行模式必须在特定的飞行高度执行，通常为240~350m。五边飞行是飞机起降的必须遵循的飞行模式，所以它是飞行员飞行训练中必须学习的重要课程。在此训练课程中，飞行员可以学习起飞、爬升、转向、平飞、下降及着陆等重要的飞行技巧。10.3

气流与气象对飞行活动的影响

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

大气层的气流与气象条件可能对飞行性能与稳定度造成影响，最直接影响飞机操作和飞行安全的航空气象因素，大致可归纳为风、云、雨、雪、冰、雹、空气密度、大气湿度和其他显著天气危害如浓雾引起的低能见度以及飞机穿过云层积冰等。1．风对飞机飞行的影响大气气候所造成空气的流动，我们称之为风(Wind)，风的流动速度则称为风速(Wind

speed)。如果依照风作用时间的长短来做区分，一般可以将其分成阵风与稳定风。(1)阵风对飞机飞行的影响①

阵风的定义在飞机飞行环境中，大气层内空气短时间强烈对流产生的扰动称为阵风。迎头或从飞机后面吹来的与飞机飞行方向平行的阵风，我们称为水平阵风，从侧面吹来的阵风叫作侧向阵风，而由下向上或由上向下吹来的垂直飞行方向的阵风则称为垂直阵风。阵风会暂时与瞬间地改变飞机的飞行速度与迎角，从而改变作用在飞机上的空气动力，使得飞机产生颠簸并承受较大的气动力负载。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

②阵风对飞行的影响水平阵风只改变来流的速度，阵风速度不是很大时对飞机的飞行影响较小。侧向阵风会破坏飞机侧向气动

力的平衡，

导致飞机侧滑，造成飞机左右摇晃。一般而言，除了起飞与下降过程外，侧向阵风对飞机的飞行影响不大，而垂直阵风不但改变飞机的速度，还影响飞行迎角。对于小速度大迎角的飞行而言，

如果遇到速度较大的垂直向上的阵风，飞机的飞行迎角可能瞬间增大到临界迎角，

造成失速(Stall)，如图10-9所示。综上可知，在相同的风速的情况下，垂直阵风对飞行造成的影响会比水平阵风的影响来得大。图10-9垂直阵风对飞行迎角的影响

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

(2)稳定的风场对飞机飞行的影响①

顺逆风向对飞机起飞和着陆的影响风向对飞机起飞和着陆的影响主要表现在起飞与着陆的距离。a.顺逆风的定义：如图10-10所示，所谓顺风(Downwind)是指风的流动方向与飞机的飞行的方向相同，而逆风(Upwind)则是指风的流动方向与飞机的飞行方向相反。飞机在起飞与着陆的过程中，如果沿着跑道的方向有风，一般应该逆风。(a)顺风

(b)逆风图10-10顺、逆风定义

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

b.逆风起飞和着陆的用意飞机顺风时，相对气流的速度与风的速度呈抵消关系，相对风的速度减小，如图10-11(a)所示。反之如果在逆风的情况下，来流的速度与风的速度呈迭加关系，相对风的速度增加，如图10-11(b)所示。逆风起飞可以使飞机以较短的滑跑距离达到要求的空速，获得起飞时所需要的升力，这就是俗话说“逆风高飞”的原因。飞机采用逆风着陆，则可以增加阻力，减少着陆时滑跑距离(a)顺风

(b)逆风图10-11顺逆风时相对气流速度变化

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

②

顺逆风飞行对航时的影响飞机在高空飞行时，风对飞行的影响主要表现在燃油重力和商载重力的调整。飞机在顺风时地速等于来流的速度加上风速，而在顺风时地速等于来流的速度减风速，所以逆风飞行从甲地到乙地花费的航时较长，需要更多的油料，相对地就要减少商务载重，从而成本效益降低。③

侧风时对飞机起飞和着陆的影响起飞着陆时，侧风使飞机产生漂移，偏离跑道或机体产生倾斜，危及飞行安全，

如图10-12所示。(a)起飞(b)下降图10-12侧风时对起飞和着陆影响

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

(3)低空风切对飞机飞行的影响风切变(Wind

shear)是一种大气现象，它是风速

在水平和垂直方向的突然变化。国际航空界公认低空风切变威胁最大，它不仅使飞机航迹偏离，而且可能使飞机失去稳定。低空风切(Low

altitude

wind

shear)是指离地约

500

m高度以下风速在水平和垂直方向的突然变化，

致使飞机的姿态和高度发生突然变化，在低高度时，其造成的影响有时是灾难性的，因此是飞机起飞和着陆阶段的重要危险因素之一，如图10-13~图10-14所示。图10-13低空风切的外观(b)着陆图10-14低空风切对飞机起降影响(a)起飞

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

(4)晴空乱流对飞机飞行的影响对流层顶附近温度与风向风速的变化之大，使飞入其中的飞机受上、下对流垂直运动气流影响，机身起伏不定，乘客感觉不舒适、晕机呕吐。对流层顶常出现强烈风切，为乱流之所在，由于晴朗无云，所以称为晴空

乱流(Clear-air

turbulence)。晴空乱流因为没有明显的原因及征兆，再加上天气晴朗并无微粒可供气象雷达侦测，所以极难预防及防范。飞行员在起飞前，必须从航空气象人员提供的气象图表数据中，预知乱流的位置和高度，以规避乱流区域，必要时还可改变飞行高度，使飞行平稳与安全。2．云层对飞机飞行的影响机场上空的云层过低会影响飞行员按正常规定进行目测着陆。在穿过云层时，如果飞行员来不及进行目测修正和精确目测，会导致飞机对不准跑道着陆。另外，温度下降会使云中所含水蒸气达到饱和状态而形成积雨云，造成闪电、打雷等自然现象，而且穿过云层时，飞机还可能产生积冰的现象。积冰可能造成飞机的气动性能变坏，稳定性和操纵性变差，发动机可能工作不正常或飞行仪表失灵，这些都危及飞行的安全。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

3．雨、雪、冰、雹对飞机飞行的影响降水是云雾中的水滴或冰晶降到地面的现象，通常指雨、雪、冰、雹等。在飞机起飞和着陆的过程中，降水改变了滑行阶段的摩擦系数，从而改变滑行距离。根据降水与否和降水的程度也就是道面条件来区分，跑道分为干跑道、湿跑道和污染跑道3种类型；根据污染物对飞行性能的影响，跑道上的污染物分为硬质污染物与软质(液态)污染物两种类型。(1)跑道的类型①干跑道

(Dryrunway)属于飞机可以正常起降的跑道，它是指在飞机起降的需用距离和宽度范围内的表面上没有污染物或可见潮

湿条件的跑道。对于经过铺设或建筑，带有沟槽或具有多孔摩擦材料处理，即使在有湿气的情况下也能保持“有效干”的刹车效应的跑道也可以认定是干跑道。②湿跑道(Wet

runway)是指表面覆盖有厚度等于或小于3mm的水，或者当量厚度等于或小于3mm的融雪、湿雪、干雪以及跑道表面虽有湿气但是没有积水时的跑道。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

③污染跑道是指飞机起降的需用距离的表面上可用部分长×宽超过25%的面积(单块或多块区域之和)有

超过3

mm深的积水，或当量厚度超过3

mm的融雪、湿雪、干雪或者被压紧的雪、冰等污染物的跑道。(2)跑道上污染物的类型如果因为降水太大或道面排水不良引起跑道积水，则在飞机轮胎与道面之间有一层极薄的水膜，使摩擦力

显著减小，从而使飞机着陆的滑跑距离增大，造成所谓的滑水现象(Water

skiing)；对于结冰跑道，摩擦系数不仅减小并且方向也不好掌握；对于积雪跑道，飞机不能起飞着陆。根据跑道的道面条件的定义，这些污染物分为硬质污染物与软质(液态)污染物。硬质污染物，例如压实的雪或冰等，只影响飞机的减速能力，对加速能力并没有影响。软质(液态)污染物，例如融雪、厚度大于3mm的积水、湿雪和干雪等，同时影响飞机的加速、减速能力。跑道积水厚度或当量厚度的融雪、湿雪和干雪等污染物超过13mm时，飞机就不可以起降。4．大气的密度对飞机飞行的影响实验与理论证明，飞机的起飞距离随着大气密度的减少而增加，所以在设计机场时，高海拔机场需要较长的跑道，以备起飞之需。此外，在相同高度，大气的密度会随着温度的增加而减少，所以在同一机场不考虑风向的状况下，夏天起飞所需的跑道长度会比冬天的来得长。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

5．大气的湿度对飞机飞行的影响(1)大气湿度的定义空气有吸收水分的特征，湿度的概念是指大气的潮湿程度，也就是大气的空气中含有多少水蒸气。大气湿度的表示可分为含湿量、绝对湿度以及相对湿度：含湿量表示大气的空气(湿空气)中水蒸气的质量与干燥空

气(干空气)质量的比值；绝对湿度表示每立方米的大气空气(湿空气)中包含的水蒸气的质量；相对湿度表

示大气空气中的绝对湿度与相同温度和气压下的饱和绝对湿度的比值，以百分比表示。在航空界，通常用相对湿度来表示大气湿度。当相对湿度达到100%时，说明大气空气中含有的水蒸气量达到了最大值。此时，水蒸气处于饱和状态，水蒸气开始凝结，从而形成云、雾、雨、雪等气象现象，此时的大气温度称为露点温度。(2)湿度对飞行的影响

含有水蒸气的空气密度比干燥空气小，湿度越大，表示空气中含水蒸气越多，所以大气空气的密度越小，越影响飞机的空气动力与推力，对起飞性能也产生影响。飞机在潮湿天气起飞时，需要的跑道长度要比干燥天

气的长。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

【例10-2】试解释相对湿度的定义【解答】所谓相对湿度是以百分比表示大气空气中水蒸气的质量与相同温度和气压下大气空气中所含水蒸气最大质量的比值。航空界通常用相对湿度表示大气湿度。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

【例10-3】试解释露点温度的定义【解答】所谓露点温度是指大气空气的相对湿度达到100%时的温度，也就是大气空气中的水蒸气达到饱和状态，开始凝结的温度。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

6．浓雾与低能见度对飞机飞行的影响所谓能见度是指正常视力者能看清目标轮廓的最大水平距离。对飞行员来说，最重要的是跑道能见度(着陆能见度)，它是指飞机在下降着陆过程中飞行员能看

清跑道近端的最远距离。影响能见度的因素很多，但能见度主要受大气透明度(如

云、雾、烟、沙尘及水滴等直接影响着大气的透明状况)与夜间的灯光强度等影响。然而在任何天气条件下，飞行员在近场时都必须能看清跑道。由于浓雾会影响人类肉眼所能看到的距离，目前机场和飞机上都装有完善的导航仪器来辅助飞机起降，同时由航空气象单位提供浓雾所引起的低能见度数据。如果能见度低于起降天气标准，机场将关闭；等待浓雾消散，能见度转好，机场再度开放，确保飞机航行安全。

10.3

气流与气象对飞行活动的影响

7．飞机积冰对飞机飞行的影响飞机飞经冷却的云层或云雨区域时，机翼、机尾、螺旋桨或其他部分常积聚冰晶，而在气温为0~9.4OC的高空飞行时机体上最容易结冰。飞机结冰会增加机体重力；机翼与尾翼积冰可能造成飞机的气动性能变坏、稳定性和操纵性变差；飞机的螺旋桨或喷气发动机进气口积冰可能使动力装置失去动力；飞机的刹车及起落架结冰，可能对其正常操作造成损害；飞机的仪表与天线积冰，可能使测量信号失真。虽然现今的飞机本身已有加温系统可克服上述问题，但是仍然必须尽量避开结冰区域以防止加温不及时而瞬间结冰，从而造成飞行危险的可能。10.4

飞机飞行常用的三大坐标

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

描述飞机的运动状态的坐标系统大致可以分成固定坐标系统、体坐标(机体坐标)系统与风坐

标(速度坐标)系统，通常单独使用某一系统或者采用系统与系统间的关系，说明飞机的姿态、航迹与气动力的变化。1．使用原则一般而言，要确定飞机相对于地面的位置，就必须采用固定坐标系统表示；要研究飞机的飞行控制问题，就必须采用体坐标(机体坐标)系统表示；要探讨飞机的空气动力特性，就必须采用风坐标

(速度坐标)

系统来表示；要描述飞行姿态变化与航迹变化，则必须分别使用体坐标(机体坐标)系统与固定坐标系统之

间的关系以及风坐标(速度坐标)系统与固定坐标系统之间的关系来表示；要了解飞机的空气动力的变化情形，则必须使用体坐标(机体坐标)系统与风坐标(速度坐标)系统之间的关系来表示。

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

2．坐标系统介绍(1)固定坐标(Og

Xg

Yg

Zg

，Fixed

coordinate)，又称为地面坐标(Ground

coordinate)或惯性坐标

(Inertial

coordinate)，它使用地面的固定位置或者观察基准画出直角坐标。原点(Og

)取自地面上的某一个固定点，以Og

Yg轴为垂直轴，向上为正，画出两个在水平面内相互垂直的轴，也就是纵轴(Og

Xg

轴)与横轴(Og

Zg

轴)，其中纵轴(Og

Xg

轴)指向水平面某一选定方向，如图10-15所示。地面坐标常用于指示飞机的方位、短距离导航与航迹控制。图10-15固定直角坐标

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

(2)体坐标(OXb

Yb

Zb

，Bodycoordinate)，又称为机体坐标，它是以飞机的本身为观察基准，坐标的原

点

取自于飞机的重心(或质心)，

而从原点至机头的连

线是飞机的设计轴。如果不考虑机翼安装角，也就是假设机翼安装角为0

，飞机设计轴的方向就是机翼弦线的延长线指向机头的方向(纵轴)为正，并以纵轴(OXb

轴)为基准画出直角

坐标。以OYb

轴为垂直轴，向下的方向为正，并以OZb

轴为横轴，指向飞机右侧的方向为正，如图10-16所示。体坐标常用于描述飞机的气动力矩与绕着飞机的重心 (质心)的转动情形。图10-16机体坐标

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

(3)风坐标(OXw

Yw

Zw

，Wind

coordinate)，又称为气流坐标或速度坐标，它和体坐标一样是以飞机的本身为观察基准而画出的直角坐标。其原点O仍取自于飞机的重心(或质心)，并且使用与飞行速度方向平行的直线为纵轴，以飞行速度的方向为正。根据相对运动原理，飞行的速度与来流方向平行，而此两者大小相等、方向相反，所以这种坐标系统称为风坐标或速度坐标。以纵轴(OXw

轴)为基准轴，以OZw轴为垂直轴，向下的方向为正，并以OYw

轴为横轴，指向飞机右侧的方向为正，画出的直角坐标即为风坐标，如图10-17虚线箭号所示。在图中，风坐标的横轴与体坐标的横轴，也就是OZw

轴与OZb轴，两者彼此重合。风坐标系统(速度坐标)常用于描述飞机的气动力。图10-17风坐标与体坐标

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

3．飞机的运动参数介绍在航空界，通常采用体坐标系统和风坐标系统与固定坐标系统之间的关系来描述飞机飞行姿态与航迹的变

化情形。(1)姿态角飞机的姿态角是由体坐标系统与固定坐标系统(地

面坐标系统)之间的关系来确定的，它们之间的夹角就是飞机的姿态角(Attitude

angle)，又称为欧拉角 (Euler

angle)。描述飞机姿态角的有俯仰角、偏航角以及滚转角，

如图10-18所示。图10-18飞机姿态角

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

①

俯仰角体坐标的纵轴(OXb

轴)与地平面(固定坐标的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之

间的夹角，称为俯仰角(Pitching

angle)，用符号θ表示，以飞机抬头的方向为正。②

偏航角体坐标的纵轴(OXb

轴)在地平面的投影与固定坐标Og

Xg

轴之间的夹角，称为偏航角(Yawing

angle)，又称方位角(Track

azimuth

angle)，用符号φ表示，以右偏航的方向为正。③

滚转角体坐标的垂直轴(OYb

轴)与包含纵轴(OXb

轴)的垂直平面之间的夹角，称为滚转角(Rolling

angle)，用符号表示，以右滚转的方向为正。

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

(2)航迹角飞机的航迹角由风坐标系统与固定坐标系统(地面坐标系统)之间的关系确定。它们之间的夹角就是飞机的航迹角(Flightpathangle)，航迹角和姿态角定义相似，只不过将机体坐标系统与固定坐标系统之间的关系改为风坐标系统与固定坐标系统之间的关系。描述飞机航迹角的有航迹倾斜角、航迹方位角以及航迹滚转角，如图10-19所示。图10-19飞机航迹角

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

①

航迹倾斜角风坐标的纵轴(OXw

轴)与地平面(固定坐标的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之间的夹角，称为航迹倾斜角(Track

inclination

angle)，用符号γ表示，以飞机向上飞时为正②

航迹方位角风坐标的纵轴(OXw

轴)在地平面的投影与固定坐标轴OgXg之间的夹角，称为航迹方位角(Track

azimuthangle)，用符号表示，以风坐标纵轴在地平面的投影向右偏转的方向为正③

航迹滚转角风坐标的垂直轴(OYw

轴)与包含纵轴(OXw

轴)的垂直平面之间的夹角，称为航迹滚转角(Track

rolling

angle)，用符号表示，以飞机向右倾斜的方向为正。

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

4．飞机飞行的气动角飞机飞行的气动角是指体坐标与风坐标之间的角度，也就是飞机和相对气流之间的角度，亦即在第9章的内容中介绍的迎角与侧滑角，如图10-20所示。图10-20飞机气动角(体坐标与风坐标关系)

10.4

飞机飞行常用的三大坐标

(1)迎角不考虑机翼安装角，也就是假设机翼安装角为0的情况下，飞行速度向量在飞机对称面(OXb

Yb

)上的投影与体坐标的纵轴(OXb轴)之间的夹角，称为迎角(Angle

of

attack，AOA)，用符号表示，并以体坐标的纵轴(OXb轴)的速度向量在飞机对称面上投影的上方为正。从迎角的定义，我们可以知道迎角就是体坐标的纵轴(OXb轴)与速度坐标的纵轴(OXw

轴)在飞机对称面(OXb

Yb

)投影的夹角。根据迎角、俯仰角9以及航迹倾斜角的定义，可以得到=9−(2)侧滑角所谓侧滑角(Sideslip

angle)就是体坐标的纵轴(OXb

轴)与速度坐标的纵轴(OXw

轴)之间的夹角，以

飞行速度(相对气流)在飞机对称面(OXb

Yb

)的右边为正。依据侧滑角、偏航角(方位角)以及航迹方位角的定义，可以得到

=X−Q5．体坐标与风坐标重合的时机从前面的内容可以知道，飞机