09年航空航天概论总复习资料

1、飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的器械。通常按照飞行环境和工作方式，把飞行器分为三类： 航空器：指在大气层内飞行的飞行器。 航天器：指主要在大气层外空间飞行的飞行器。 火箭和导弹：都属于一次性使用的飞行器，可在大气层内或大气层外飞行。,1.1 飞行器分类,航空器的分类 1 按产生升力的原理分类,参见书图1-1。,直升机的分类,直升机可以按照平衡旋翼反扭矩的不同方式进行分类。,（一）中国古代航空史,（一）中国古代航空史,最早的飞行器,风筝是中国古代发明的，距今已有两千多年的历史。大约在公元五世纪，风筝传入太平洋诸岛和阿拉伯，到中世纪末才传到欧洲。,风筝,竹蜻蜓,转动的竹蜻蜓叶片把空气向下推，

2、当向上的反作用力大于竹蜻蜓的重量时，竹蜻蜓就飞起来了。竹蜻蜓在18世纪由我国传到欧洲，是现代直升机的雏形。,（一）中国古代航空史,1783年11月21日，两名法国人乘坐蒙哥尔费兄弟研制的热气球，在巴黎上空飘行了25分钟，平安降落在约8.9千米以外的地方，这是人类第一次升空航行。,人类乘航空器首次飞行,飞艇的兴与衰-飞艇的诞生,1852年，法国工程师亨利吉法尔在长44米，最大直径12米的橄榄形氢气球的吊舱内安装了一台2.2千瓦的蒸汽推进的三叶螺旋桨推进装置制成了第一只可操纵气球软式飞艇。,十九世纪末出现了最初的实用飞艇，其中最著名的是德国的齐伯林飞艇。这是一种以汽油内燃发动机为动力的硬式飞艇。1

3、910年德国用这种飞艇作为运输工具建立了第一条定期空中航线。,飞艇的兴与衰-最初的实用飞艇,另一派则先通过无动力的滑翔机的飞行解决后一问题，再在滑翔机上装上发动机，使之成为可飞行的飞机。 在试验滑翔机的飞行方面，成绩最为显著的是德国的奥图李林达尔。,早期的飞行试验,1903年，由莱特兄弟制成的“飞行者一号”成功飞行，这是人类历史上第一架能够自由飞行 ，并且完全可以操纵的动力飞机。,飞机的诞生,喷气飞机时代,1947年10月14日， 24岁的美国空军试飞员查尔斯耶格尔上尉驾驶美国X-1试验研究机在12800米高空达到1078公里/小时（M1.015）的速度，首次突破了音障。,军用飞机F15和F1

4、6,军用飞机米格29和苏27,军用飞机F22,军用飞机JSF,军用飞机F117,军用运输机,世界上最大的运输机AN225,军用飞机侦察/预警机,军用飞机U2侦察机,军用飞机侦察/预警机,喷气飞机时代,“协和”（英法）、图-144（苏）超音速客机问世。,当前航空技术发展水平,空中客车超大型客机A380机身直径(米)23.5 总机长(米)239.3 翼展(米)261.8 总机高(米)79.7550800人,年月日，前苏联宇航员加加林乘坐“东方”号宇宙飞船在最大高度为公里的轨道上绕地球一周，历时小时分钟，于上午时分降落在苏联境内，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。,六十年代初，

5、美国宇航局提出了“阿波罗登月计划”。经过八年的艰苦努力，连续发射10艘不载人的阿波罗飞船之后，终于在1969年7月16日发射成功载人登月的阿波罗11号飞船,1971年4月，前苏联成功发射了世界上第一个试验性载人空间站“礼炮”1号空间站。这标志着人类的航天活动从规模小、飞行时间短的载人飞船进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。,1981年4月12日美国第一架实用航天飞机哥伦比亚号从卡纳维拉尔角起飞，历时54.5小时，绕地球36圈后安全返回。,1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫星“东方红1号”从酒泉卫星发射中心升空，向全世界宣布中国已进入宇宙空间。,2003年10月15日9

6、时整，神舟五号载人飞船发射成功，将中国第一名航天员杨利伟送上太空。,中国神舟6号飞船 2005年10月12日,中国神州7号飞船 2008年9月26日,（二）载人航天工程,（2）嫦娥工程,中国于2004年2月25日宣布正式实施绕月探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥1号月球探测器采用三轴稳定方式对月定向工作。2007年10月24日，嫦娥一号发射成功。11月5日，进入环月轨道，成为我国首颗探月卫星。11月22日，传回首张月面图像。,（三）我国近期重大空间计划,雅克-18（初教-5）：标志着我国航空工业从修理开始走向制造,军用飞机的发展历程,1958年8月，我国自行设计并制成“初教-6”型喷气教练机

7、，投入成批生产并大量装备部队。,军用飞机的发展历程,1956年，我国仿制苏联米格-17喷气式歼击机成功，并成批生产装配部队。,米格-17（歼5）：我国能够成批生产喷气式飞机,军用飞机的发展历程,1958年12月，我国第一代超音速战斗机“歼6”（米格-19的改进型）型喷气教练机，首飞获得成功。,军用飞机的发展历程,2006年12月，我国自主研制的第三代战斗机歼10正式解密。,军用飞机的发展历程,民用飞机的发展历程,1974年，我国仿照安-12研制的运8中型运输机首飞成功。已有21中改型，应用广泛。,1980年，我国自行研制的大型喷气式客机运10首飞成功。,民用飞机的发展历程,2007年12月21

8、日，我国拥有完全自主知识产权的涡扇支线客机ARJ21下线。,民用飞机的发展历程,各国飞机的命名规则,美国军用飞机命名规则： 美国军机代号一般由机种代号、设计代号、改型代号、任务变更代号、状况代号5部分组成。 机种代号绝大多数取该类飞机英文单词的首字母，各机种代号如下： A-攻击机，B-轰炸机，C-运输机，E-特种电子设备携带机，F-战斗机，H-直升机，K-加油机，O-观测机，P-巡逻机，Q-无人机，S-反潜机，SR-战略侦察机，T-教练机，U-多用途机，V-垂直起落机，X-研究机，Z-飞船。,各国飞机的命名规则,(前)苏联和俄罗斯飞机不论军用或民用，其型号都由三部分组成： 第一部分为以总设计师

9、命名的飞机设计局，的其总设计师的姓氏的第一个音，如下： 安东诺夫设计局设计的飞机为“安”（,AN）； 别里也夫设计局，为“别”（,BE）； 伊留申设计局，为“伊尔”（,IL）； 卡莫夫设计局，为“卡”（,KA）； 拉沃契金设计局，为“拉”（,LA）； 米里设计局，为“米”（,MI）； 米高扬-格列维奇设计局，为“米格”（,MIG）； 米亚西舍夫设计局，为“米亚”（,M）； 苏霍伊设计局，为“苏”（,SU）； 图波列夫设计局，为“图”（TU）； 雅各福列夫设计局，为“雅克”（,YAK）。 第二部分为阿拉伯数字构成的设计序号。在苏联的飞机序号中，原则上战斗机用单数，其他飞机用双数。 第三部分为由俄

10、文字母构成的改进该型记号。,根据大气中温度随高度的变化，大气层分为：,对流层,平流层,中间层,热 层,散逸层,对流层的特点,气温随高度增加而逐渐降低；,风向、风速经常变化；,空气上下对流激烈；,有云、雨、雾、雪等天气现象。,平流层的特点,平流层内大气只有水平运动（水平风） 能见度较好，喷气式旅客机大多在对流层顶至此层内飞行。,流动气体的基本规律,连续性方程,1s1v1= 2s2v2 = 3s3v3 =const. 即： s v = const.,当流体不可压缩时， 即： = const. 时： 有：s v = const.,伯努利方程,管道中以稳定的速度流动的流体，若流体不可压缩，且与外界无能

11、量交换，则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量。,伯努利方程 p+1/2 v2 = P = const.,流动气体的基本规律,大气的物理性质,马赫数,马赫数的大小可以作为判断空气受到压缩程度的指标。,其中v为飞机的飞行速度，a为当地音速。,低速、亚音速和超音速流动的区别,低速流动,流速增加 静压减小,流速减小 静压增加,低速、亚音速和超音速流动的区别,亚音速流动, v s= C,流速增加 静压减小,流速减小 静压增加,低速、亚音速和超音速流动的区别,超音速流动,流速增加 静压减小,流速减小 静压增加, v s= C,低速、亚音速和超音速流动的区别,拉瓦尔喷管工作原理,Ma 1,Ma1,Ma

12、 1,（一）机翼的几何形状,（1）机翼翼型及其参数 翼型：机翼的横剖面形状。 翼型厚度：指上下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者成为最大厚度。 中弧线：翼型厚度中点的连线。,翼弦：翼型前缘点与后缘点间的连线。 翼型弯度：中弧线与翼弦之间的最大距离。,参见书上图2-9,（一）机翼的几何形状,（2）机翼平面形状参数 翼展：机翼翼尖两端点之间的距离，也叫展长，以“L”表示。 根梢比：翼根弦长和翼梢弦长的比值。,展弦比：展长和平均气动力弦长之比;以表示，即：=L/ bba,后掠角：机翼与机身轴线之间的夹角，以 来表示。,上反角或下反角：飞机处于水平状态时，机翼与水平面的夹角。机翼向上为上反角，向下

13、为下反角。,（1）机翼平面形状参数,机翼迎角：翼弦和相对来流之间的夹角。,（3）作用在飞机上的空气动力,作用在飞机上的空气动力,飞机升力的产生,飞机机翼的翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图2。原来是一股气流，由于机翼地插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要

14、大，这个压力差就是机翼产生的升力。,升力的计算公式：,对于某一种翼型，通过实验可以获得升力系数与迎角的关系曲线，即Cy曲线。,失速和失速迎角（临界迎角）,（a）升力：增加升力的主要措施,目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：,增升装置的增升原理,增大翼型弯度； 增大机翼面积； 控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。,增升装置的主要作用,增升装置的主要功用是在起飞降落时增加机翼的升力，从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑距离。,（a）升力：常用的增升装置,目前所使用的增升装置的种类主要有：,增升装置的主要种类,简单襟翼 分裂襟翼 开缝襟翼 后退襟翼 前缘襟翼 克鲁格襟翼 前缘缝

15、翼,低速飞机阻力的产生及减阻措施,按阻力产生的原因，飞机低速飞行时的阻力一般可分为：,摩擦阻力,干扰阻力,诱导阻力,压差阻力,影响摩擦阻力的因素,空气的粘性,飞机表面的形状（光滑程度）,同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）,附面层中气流的流动情况,压差阻力,运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。,诱导阻力,诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。,干扰阻力,干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。,激波,当飞机以等音速或超音速飞行时，在其前面也会出现由无数较强的波迭聚而成的波面，这

16、个波面就称为激波。,激波特性：,激波是一层受到强烈压缩的空气层。 气流通过激波时，压强、密度、温度突然增加，而速度却大大降低。,激波强度：,波阻的大小与激波的强度有关，即激波强度越大，波阻就越大。 正激波的强度总是大于斜激波的强度；且激波面越倾斜，激波强度就越小。,局部激波和临界马赫数,当飞机的飞行速度达到一定值但还未达到音速时，飞机上某些部位的局部流速却已达到或超过了音速。于是，在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞机的飞行速度尚未达到音速而在机体表面局部产生的激波称之为“局部激波”。,局部激波,飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为“临界马赫数”。 临界马赫数临界速度是亚音速飞行

17、和跨音速飞行的分界点。,临界马赫数,直升机飞行原理,直升机发动机直接带动旋翼旋转产生升力和推力，可以垂直起飞和悬停。现代直升机大多采用涡轮轴发动机作为动力装置。单旋翼带尾桨直升机的尾桨产生的侧向力，相对直升机重心产生一个扭转力矩，与空气作用于旋翼而产生的扭转力矩相互平衡 。,旋翼机飞行原理,旋翼机一般由活塞式发动机产生推拉力，克服阻力使旋翼机前飞；另外，其发动机并不直接带动旋翼，而是靠前进时的相对气流吹动旋翼转动，通过旋翼的转动产生升力克服重力。旋翼机需要靠滑跑起飞，不能垂直起飞和悬停。,对试验模型的要求 几何相似；运动相似；动力相似，即模型实验的雷诺数要与飞机飞行的雷诺数相等。,低速风洞与模

18、型实验要求,2.2.5 空气动力学试验装置,直流式风洞,回流式风洞,2.3.1 天体运动宇宙速度,1.第一宇宙速度又称为环绕速度，地面上为7.9公里/秒。,2.第二宇宙速度又称为脱离速度。地面上为11.2公里/秒。,3.第三宇宙速度又称为逃逸速度。地面上为16.7公里/秒。,速度性能,续航性能,高度性能,起飞着陆性能,机动性能,3.1航空器飞行性能,敏捷性,3.1.1飞机飞行性能,（一）速度性能,最大平飞速度：飞机水平直线平衡飞行时，在一定飞行距离内（一般不小于千米），发动机推力在最大状态下，飞机所能达到的最大飞行速度。,最小飞行速度：在一定高度上飞机能维持水平直线飞行的最小速度。,巡航飞行速

19、度：发动机每公里消耗燃油量最小情况下的飞行速度。 超音速巡航能力：飞机具有在发动机不开加力的情况下，能在M1.5以上做超过30分钟的超音速飞行。,理论静升限：飞机能作水平直线飞行的最大高度。,（二）高度性能,航程：在燃油量一定的情况下，飞机以巡航速度所能飞越的最远距离。,提高航程的办法：,减小发动机的燃油消耗率,增加飞机的最大升阻比,减小飞机的结构重量,安装副油箱,进行空中加油,（三）续航性能,（四）机动性能,飞机的机动性是指飞机改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力。 飞机过载定义为飞行器所受外力N与飞行器重量G之比，即n=N/G。过载的大小可以粗略的代表飞机机动性能的好坏。 对于歼击机（战

20、斗机）而言，机动性是最重要的评价指标之一。,（五）敏捷性,敏捷性是飞机迅速改变速度矢量或机身指向的能力。体现飞机敏捷性的指标是机动性对时间的导数。,飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升两个主要阶段。 起飞距离也称离陆距离，由起飞滑跑距离和起飞爬升距离组成。,（六）起飞着陆性能,着陆性能,飞机的着陆过程包括下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和着陆滑跑等阶段。 着陆距离由着陆下滑距离和着陆滑跑距离组成。,（一）飞机的稳定性： 飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的一个重要参数。如果飞机受到扰动之后，在驾驶员不进行任何操纵的情况下能够回到受扰动前的原始状态，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。 飞机的

21、稳定包括纵向稳定、方向稳定和侧向稳定。,3.2.1飞机的稳定性和操纵性,飞机的稳定性,飞机绕横轴（z 轴）的稳定叫纵向稳定，它反映了飞机的俯仰稳定特性。 飞机主要靠水平尾翼来保证纵向稳定，而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。,飞机的稳定性,当飞机受到纵向扰动后，飞机的迎角改变，水平尾翼所产生的附加力对重心形成恢复力矩。,飞机的稳定性,飞机绕立轴（y 轴）的稳定叫方向稳定，也叫航向稳定。 飞机主要靠垂直尾翼来保证其方向稳定。 飞机的侧面迎风面积、机翼后掠角、发动机短舱等对飞机的方向稳定也有一定的影响。,飞机的稳定性,当飞机受到方向扰动发生偏航后，气流与垂直尾翼之间就有了夹角，使垂直尾,翼

22、上产生附加侧向力，相对于重心形成方向稳定力矩。,飞机的稳定性和操纵性,飞机绕纵轴（x轴）的稳定叫侧向稳定，它反映了飞机的滚转稳定特性。 保证飞机侧向稳定的主要因素有机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼。,飞机的稳定性,上反角作用,当飞机受到扰动出现侧滑后，由于存在上反角，使左、右机翼的迎角大小不等，左、右机翼所产生的附加升力也不等，这两个力的差,相对于重心形成恢复力矩。 上反角越大，飞机的侧向稳定就越好。相反，下反角则起侧向不稳定作用。,飞机的稳定性,后掠角作用,当飞机受到扰动出现侧滑后，由于后掠角的存在，使两侧机翼上的有效速度大小不等，两侧机翼所产生的附加升力也就不等，两者之差相对于重心形成恢复

23、力矩。,后掠角越大，侧向稳定作用也就越强。,飞机的稳定性,垂尾作用,垂直尾翼之所以能对飞机产生侧向稳定作用，是因为当出现了侧滑以后，垂直尾翼上产生的附加侧向力的作用点位于飞机重心的上方，因而相对于重心也形成恢复力矩。 腹鳍因位于重心（机身）的后下方，则起方向稳定作用和侧向不稳定作用。,飞机的稳定性,可以看出，飞机的侧向稳定和方向稳定是紧密联系且相互影响的，因此通常合称为“横侧稳定”。 飞机的侧向稳定和方向稳定必须很好匹配。如若匹配不当，飞机将有可能出现“螺旋不稳定”或“荷兰滚”现象。,横侧稳定,飞机的操纵性,飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。 飞机的操纵性则指的是飞机

24、对操纵的反应特性，又可以称为飞机的操纵品质。,（二）飞机的操纵性：,飞机的操纵性,俯仰操纵,使飞机绕横轴（z 轴）作俯仰（纵向）运动的操纵叫俯仰操纵，也称纵向操纵。 通过推、拉驾驶杆，使飞机的升降舵（或全动平尾）向下或向上偏转，产生俯仰力矩，从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。,机载设备,燃油箱,起落架,机身,减速器,旋翼,桨毂,倾斜器,发动机,尾桨,传动装置,5.3 直升机机体结构,航天飞机结构及部件,固体火箭助推器,外挂燃料箱,轨道器,起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机身重心的位置。 常见的布局形式有：,（一） 起落架的配置型式,后三点式起落架 前三点式起落架,后三点式

25、起落架(1),后三点式起落架的两个(组)主轮位于飞机重心之前且靠近重心，尾轮则位于飞机的尾部。 后三点式起落架主要适用于机身前部装有活塞式发动机的轻型、低速飞机上。,后三点式起落架(2),后三点式起落架的特点：,安装空间容易保证； 尾轮受力较小，因而结构简单，重量较小； 地面滑跑时迎角较大，降落时阻力较大； 对着陆技术要求高，容易发生“跳跃”现象； 大速度滑跑时，不允许强烈制动； 地面滑跑时的方向稳定性较差； 驾驶员视界不佳。,前三点式起落架(1),前三点式起落架的两个(组)主轮位于飞机重心之后，前轮则位于飞机的头部。 前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。,前三点式起落架(2),

26、前三点式起落架的特点：,着陆简单且安全可靠； 具有良好的方向稳定性；侧风着陆较安全； 允许强烈制动，着陆滑跑距离较短； 驾驶员视界较好，发动机喷气对跑道影响较小。 前起落架受力较大且构造复杂； 高速滑跑时，前起落架会产生摆震现象；,航空发动机常见的分类原则有两种：按空气是否参与发动机工作和发动机产生推进动力的原理。,6.1 推进装置的分类和特点,6.1.1 按是否需要空气分类,见图6-1,6.1.2 按产生推力原理分类,见图6-2,活塞冲程,当活塞在气缸中移动时，它相对曲轴有两个极限位置：活塞离曲轴中心最远的位置称为上死点，活塞离曲轴中心最近的位置称为下死点。上死点和下死点之间的距离称为活塞冲

27、程 。,6.2.2 活塞式发动机工作原理,有效功率：可用于驱动螺旋桨的功率,耗油率：单位是Kg/(Kw*h),加速性：最小速度到最大速度的时间,6.2.3 活塞式发动机主要性能指标,航空燃气涡轮发动机,航空燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧室和燃气涡轮（简称涡轮）所组成。,燃气涡轮,燃烧室,压气机,压气机、燃烧室和燃气涡轮（简称涡轮）构成发动机的核心机，又称燃气发生器。,由燃气涡轮出来的燃气，仍具有一定的能量，正是这股具有能量的燃气，才产生了发动机的推力或输出功率。 根据燃气涡轮后面有无“动力涡轮”以及“动力涡轮”所驱动的部件不同，分为以下四种类型：,航空燃气涡轮发动机的分类,涡轮喷气发动机,涡轮风扇发动机,涡轮螺旋桨发动机,涡轮轴发动机,6.3.1 涡轮喷气发动机,涡轮喷气发动机的组成：,进气道,压气机,燃烧室,涡轮,尾喷管,涡轮喷气式发动机中没有动力涡轮，只有燃气涡轮，燃气涡轮后面直接布置一个尾喷管。,涡轮风扇发动机有动力涡轮，它的传动轴驱动的是外径比燃气发生器大的1级或几级称为风扇的叶片。流入发动机的空气在风扇中增压后，一部分经燃气发生器中流过，称为内涵气流；另一部分经围绕燃气发生器外壳的外环中流过，称为外涵气流。,6.3.2 涡轮风扇发动机,高涵道比涡轮风扇