飞行器的气动原理

飞行器的气动原理
飞行器的气动原理是指通过气体动力学原理，将飞机、直升飞机、导弹等空中运动器利用空气的支撑力和推进力进行运动的原理。

在气动原理的基础上，飞行器可以实现在部分空气动力学力
学方程的限制下，控制运动的方向、速度和稳定性，从而达成人
类掌控空中交通的目的。

一、气流支撑力
飞行器的气动支撑力主要来源于空气动力学中的伯努利定律。

根据伯努利定律，略去阻力、摩擦力等复杂因素不论，当一条流
体沿着管道或机翼运动时，其速度提高，压力就会下降，同样地，当流体速度减缓时压力将会增加。

于是，快速流动的空气上方的
压力比较小，而其下方的压力则比较大，两者便会形成上下的压
力差，从而使得机翼上方的气流对机翼形成上升的支撑力。

飞机起飞和翻滚时，是通过改变机翼的角度来调节气流对机翼
投射的位置和强度，从而改变机翼上方气流承受力的方向和大小。

飞翔高度越高，气压越小，气流支撑力也会减弱，这时需要对机
翼的设计进行改进，以提高飞行器在高空的飞行性能。

但是，如果气流支撑力不够强大，飞机或导弹就无法从地面或
舰艇起飞，或者无法获得足够的升力，从而不能飞行到所需的高
度和速度。

因此，气流支撑力是飞行器飞行的基础性条件之一。

二、气流推进力
飞行器的气流推进力主要来源于牛顿第三定律，即每个作用力
都会产生相对的反作用力。

当飞行器的推进装置驱动空气向后喷
出时，空气向后喷出仍会有一定的前向速度，空气与推进器受到
的反作用力即为飞行器所用的推进力。

洛克希德F-104“星座”战斗
机和蒸汽机汽车中使用的喷气推进器就是产生原动力的基本装置。

飞行器的推进力可以来自于喷气发动机、涡喷发动机、螺旋桨、直升机的旋翼等装置。

这些装置利用反作用力的原理，将空气向
后喷出，从而推动飞行器向前飞行。

飞行器的速度越快，气流推进力就越大。

但是，气流推进力过
大也会产生不良的飞行效果，例如过强的推进力可能会导致飞行
器失速、空气动力学失控等危险情况的发生。

三、飞行器的稳定性
飞行器的稳定性，既包括水平稳定性，又包括垂直稳定性。

飞行器的水平稳定性，是指在机翼均衡的情况下，飞行器绕几何轴的旋转稳定性。

垂直稳定性是指绕飞行器旋转轴的稳定性，即垂直方向上的稳定性。

要想保持飞行器的稳定性，就需要保证在飞行过程中气动力学中心位于飞行器表面所在的中心线上。

如果气动力学中心前移，飞行器就会变得不稳定，反之，气动力学中心过于后移又会使飞行器失去水平稳定性。

因此，要想保证飞行器的稳定性，必须采取适当的气动外形和飞行控制系统。

为了保证飞行器的垂直稳定性，也需要对气流力的方向和大小进行精确的控制。

在直升飞机的旋翼及其周围进行的气流优化和导流设计，就能很好地保证了其垂直稳定性。

四、气动外形设计
气动外形设计也是飞行器气动原理的重要组成部分之一。

飞行
器外形设计的好坏，对于其气动性能、稳定性、速度和操纵能力
等诸多方面的影响都是非常大的。

气动外形的设计包括几何参数、气动特性以及运动控制策略等
多个方面。

根据经验和理论的结合，依据不同飞行器的用途和需要，设计外形及各个部件的相互关系，从而保障高效的空气运动，最大限度地减小外形的阻力和提高气流支撑力，同时还要保证机
翼对气流不能太过尖锐或圆润，这会对机翼的阻力、升力和噪音
产生较大的影响。

在飞行器的设计过程中，同时也需要对飞行机动和特殊情况进
行充分的考虑和分析，例如在短距离起飞、超高空飞行、气象异常、避雷等情况下，机身的合理设计对于保证飞行器的安全和稳
定性必不可少。

总之，飞行器的气动原理对于其运行和维护都具有十分重要的
影响。

在飞行器的设计、制造和运行等环节，必须充分理解气动
原理的基本概念和原理，以实现飞行器的高效、安全和经济的运行。