飞行力学部分知识要点

飞⾏⼒学部分知识要点
空⽓动⼒学及飞⾏原理课程
飞⾏⼒学部分知识要点
第⼀讲：飞⾏⼒学基础
1.坐标系定义的意义
2.刚体飞⾏器的空间运动可以分为两部分：质⼼运动和绕质⼼的转
动。

描述任意时刻的空间运动需要六个⾃由度：三个质⼼运动和三个⾓运动
3.地⾯坐标系, O 地⾯任意点，OX ⽔平⾯任意⽅向，OZ 垂直地⾯
指向地⼼，OXY ⽔平⾯（地平⾯），符合右⼿规则在⼀般情况下。

4.机体坐标系, O 飞机质⼼位置，OX 取飞机设计轴指向机头⽅向，
OZ 处在飞机对称⾯垂直指向下⽅，OY 垂直⾯指向飞机右侧，符合右⼿规则
5.⽓流（速度）坐标系, O 飞机质⼼位置，OX 取飞机速度⽅向且重
合，OZ 处在飞机对称⾯垂直指向下⽅，OY 垂直⾯指向飞机右侧，符合右⼿规则
6.航迹坐标系, O取在飞机质⼼处，坐标系与飞机固连，OX轴与飞
⾏速度V重合⼀致，OZ轴在位于包含飞⾏速度V在内的铅垂⾯内，与OX轴垂直并指向下⽅，OY轴垂直于OXZ平⾯并按右⼿定则确定
7.姿态⾓, 飞机的姿态⾓是由机体坐标系和地⾯坐标系之间的关系
确定的：
8. 俯仰⾓—机体轴OX 与地平⾯OXY 平⾯的夹⾓，俯仰⾓抬头为正；
9. 偏航⾓—机体轴OX 在地平⾯OXY 平⾯的投影与轴OX 的夹⾓，垂直于地平⾯，右偏航为正；
10. 滚转⾓—机体OZ 轴与包含机体OX 轴的垂直平⾯的夹⾓，右滚转为正
11. ⽓流⾓, 是由飞⾏速度⽮量与机体坐标系之间的关系确定的
12. 迎⾓—也称攻⾓，飞机速度⽮量在飞机对称⾯的投影与机体OX 轴的夹⾓，以速度投影在机体OX 轴下为正；
13. 侧滑⾓—飞机速度⽮量与飞机对称⾯的夹⾓
14. 常规飞机的操纵机构主要有三个：驾驶杆、脚蹬、油门杆，常规⽓动舵⾯有三个升降舵、副翼、⽅向舵
15. 作⽤在飞机上的外⼒,重⼒，发动机推⼒，空⽓动⼒
16. 重⼒，飞机质量随燃油消耗、外挂投放等变化，性能计算中，把飞机质量当作已知的常量
17. 空⽓动⼒中，升⼒，阻⼒，的计算公式，动压的概念。

18. 随迎⾓增⼤，升⼒曲线⾮线性，迎⾓分别经历抖动迎⾓，失速迎⾓，临界迎⾓等过程
19. 喷⽓发动机⼯作原理f k p ()P m V V =-，
20. 台架推⼒Pf ，发动机在试车台上测得的推⼒
21. 可⽤推⼒Pky ，飞⾏中发动机能够实际供给的⽤以推动飞机前进的推⼒
22. 推重⽐γfd ，耗油量qh ，单位时间消耗的燃油质量
23.耗油率qkh，单位时间产正单位推⼒所消耗的油量
24.发动机特性分为转速特性、⾼度特性和速度特性
25.加⼒状态：带加⼒燃烧室，开动其⼯作的状态。

对应于最⼤转速，
推⼒较最⼤状态增加30-50%，耗油率增加近⼀倍以上，连续⼯作时间限5-10min。

26.最⼤状态：对应于最⼤许⽤转速(nmax)的发动机状态。

推⼒为⾮
加⼒时的最⼤值。

只能连续⼯作5-10min，通常⽤于起飞、短时加速、爬升、空中机动等。

27.额定状态：对应于最⼤转速97% ，推⼒为最⼤状态的85-90%，
可较长时间⼯作(半⼩时～1⼩时)，⽤于平飞、爬升、远航飞⾏等。

28.巡航状态：n巡≈90% n额，Pf巡≈ 80%Pf额，耗油率最⼩，不限时，
⽤于巡航。

29.慢车状态：n慢≈ 30% n额，推⼒很⼩，Pf慢≈ 3~5%Pfmax，连续⼯
作时间不允许超过10-15min，⽤于下滑、着陆。

(不允许空中停车) 第⼆讲：飞机的基本飞⾏性能30.飞⾏器垂直平⾯内的质⼼运动⽅程
*
cos()sin
sin()cos
T
T
y T
dV
m T D G r dt
d
mV T L G
dt
dq
I M TZ
dt
d
q
dt
αφ
γ
αφγθ
γθα
=+--
=++-
=+
=-
31.平直飞⾏就是飞机在某⼀⾼度上进⾏等速直线飞⾏，简称平飞。

飞机的平飞性能是指飞机在不同⾼度上保持等速直线平飞的能⼒，其中包括最⼤平飞速度、最⼩平飞速度以及有利平飞速度等
32.平飞运动⽅程
33.平飞所需速度，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。

飞机重量越⼤，V平飞越⼤升⼒系数越⼤，V平飞越⼩，空⽓密度越⼤，V 平飞越⼩，机翼⾯积越⼤，V平飞越⼩
34.平飞需⽤推⼒，在平飞中，要保持速度不变，发动机可⽤推⼒应
与飞机阻⼒相等。

为克服飞机阻⼒所需推⼒叫平飞需⽤推⼒
35.飞机重量越重，平飞所需推⼒越⼤；升阻⽐越⼤，平飞所需推⼒
越⼩。

最⼤升阻⽐对应的迎⾓称为有利迎⾓。

有利迎⾓下的速度称为有利速度
36.平飞需⽤推⼒曲线，在⼀定飞⾏⾼度上，把平飞需⽤推⼒随速度
的关系⽤曲线表⽰，称为平飞需⽤推⼒曲线。

随着平飞速度的增⼤，平飞需⽤推⼒先减⼩后增⼤
37.
38. 平飞所需推⼒曲线变化的原因分析，在亚⾳速阶段，当飞⾏速度
增⼤时，有两个因素同时引起阻⼒的变化。

⼀是随速度增⼤，动压增⼤，使阻⼒增加；⼆是随速度增⼤，在保持升⼒等于重⼒的条件下、飞机迎⾓减⼩，导致诱导阻⼒和压差阻⼒减⼩。

阻⼒究竟增⼤还是减⼩，取决于上述两个因素的影响⼤⼩
39. 阻⼒随速度变化曲线表⽰：诱导（升致）阻⼒随飞⾏速度的增加
⽽减⼩。

零升（废）阻⼒随飞⾏速度的增加⽽增⼤。

当零升阻⼒和升致阻⼒相等时，飞机的总阻⼒最⼩
40. 平飞最⼤速度满油门时，飞机保持平飞能达到的稳定飞⾏速度，
可⽤拉⼒曲线与需⽤拉⼒曲线的右交点对应的速度，为平飞最⼤
速度Vmax
P
V I
80 120 160 200 240 260200
160
120
80
40
80 120 160 200 240 260200
160
120
80
40
41.平飞最⼩速度，飞机平飞所能保持的最⼩稳定速度，以Vmin表⽰。

Vmin同时受到最⼤升⼒系数的限制。

因临界迎⾓对应的Cy最⼤，相对应的平飞速度，就是平飞最⼩速度。

Vmin是平飞需⽤推⼒曲线最左边点所对应的速度。

42.平飞有利速度飞机平飞需⽤推⼒最⼩，也就是阻⼒最⼩时所对应
的平飞速度叫做平飞有利速度，⽤V有利表⽰，
43.剩余推⼒，剩余推⼒是指同⼀速度下，飞机的可⽤推⼒和平飞需
⽤推⼒之差。

随飞⾏速度增⼤，剩余推⼒先增⼤后减⼩，剩余推⼒将使飞机加速或爬升，其越⼤，飞机的机动性能越好
44.将平飞最⼩速度与平飞最⼤速度随⾼度的变化绘在同⼀坐标系下，
得到的曲线称飞⾏包线。

飞⾏包线⾯积越⼤，飞机的飞⾏范围就越⼴
45.⾼度、⽓温、飞机重量对平飞性能的影响
46.等速爬升，飞机沿倾斜向上的直线等速上升叫等速爬升，
47.等速爬升性能，上升⾓：上升轨迹与⽔平线的夹⾓。

上升梯度：
上升⾼度与前进的⽔平距离之⽐。

上升⾓与上升梯度成正⽐
48.影响上升率和快升速度的主要因素，
49.理论升限，飞机的最⼤上升率为零对应的⾼度。

飞机要稳定上升
到理论升限的上升时间趋于⽆穷，飞机最⼤上升率为100ft/min (FPM) 对应的⾼度（低速飞机），或500ft/min(FPM)对应的⾼度（⾼速飞机）
50. 等速下滑，飞机在零推⼒状态下，沿倾斜向下的直线等速下降叫
的下滑⾓仅取决于升阻⽐的⼤⼩，和重量⽆关，以最⼤升阻⽐下滑，下滑⾓最⼩
51. 影响下滑性能的主要因素，飞⾏重量，⽓温，风，
第三讲：飞机的机动飞⾏与续航性能
52. 速度与剩余推⼒的⼤⼩成正⽐，与飞机所受的重⼒成反⽐
53. 速运动性能取决于：飞机的推重⽐以及升阻⽐；增加推重⽐和升阻⽐可改善加速性能，反之可改善减速性能
54. 跃升和俯冲是同时改变速度、⾼度的机动飞⾏。

跃升是将飞机的动能转化为位能，迅速取得⾼度优势，俯冲是将飞机的位能转化为动能，迅速降低⾼度、增加速度，整个跃升、俯冲飞⾏分为进⼊段、直线段和改出段
55. 动升限：飞机通过跃升所能达到的最⼤⾼度，动升限是通过跃升⽽获得的最⼤⾼度，在动升限上，可⽤推⼒⼩于需⽤推⼒，飞机不能保持平飞
56. 开始俯冲时，推⼒和重⼒分量之和⼤于阻⼒，飞机加速俯冲，随着⾼度降低，空⽓密度增加，速度、阻⼒增加，当推⼒和重⼒分量之和等于阻⼒时，俯冲速度最⼤，之后将减⼩
57. 过载 n ，作⽤在飞机上除重⼒之外的合外⼒与飞机所受重⼒之⽐，⽅向沿推⼒及空⽓动⼒的合⼒⽅向，R P
n G +=
58. 转弯是⾼度不变，飞⾏⽅向变化的机动飞⾏，转弯时，⽅向改变⾓度⼩于360°
59. 盘旋指飞机连续转弯不⼩于360°的机动飞⾏
60. 侧滑指飞机对称⾯与相对⽓流⽅向不⼀致的飞⾏
61. 坡度：盘旋时，为了获得使飞机盘旋的向⼼⼒，飞机必须带有滚转⾓，即坡度
62.
盘
旋时，要保持⾼度不变，则盘旋坡度越⼤，所需升⼒越⼤，因此，⼤坡度需要较⼤的迎⾓或速度，要保持速度不变，推⼒与阻⼒要平衡，推⼒由油门位置决定，阻⼒由速度、迎⾓决定。

要保持盘旋半径不变，需保持升⼒的⽔平分量不变
63. 盘旋时载荷因数⼤于1，盘旋时载荷因
⾼度不变半径不变
速度不变
数⼤⼩仅取决于坡度⼤⼩
64.侧滑：飞机对称⾯与相对⽓流⽅向不⼀致的飞⾏称侧滑。

飞⾏中，
飞⾏员只蹬舵，不压杆，或只压杆不蹬舵，都会使飞机产⽣侧滑。

侧滑⾓：相对⽓流和飞机对称⾯之间的夹⾓。

65.加油门并适当顶杆，以增⼤飞⾏速度，当速度增⼤⾄规定值，⼿
脚⼀致地向盘旋⽅向压盘蹬舵。

压盘是为了使飞机带坡度，以升⼒⽔平分⼒作为向⼼⼒，使飞机作曲线运动。

蹬舵是为了使飞机绕⽴轴偏转，避免产⽣侧滑。

66.航程：也称飞⾏距离，是指飞机沿给定⽅向，在平静的⼤⽓中，
耗尽其可⽤的燃料储备时所飞过的⽔平距离。

飞机的航程⼤⼩与飞机的载油量、质量、飞⾏⾼度和飞⾏速度有关
67.续航时间：简称航时，是指飞机耗尽其可⽤燃油在空中所能持续
飞⾏的时间，飞机航程和航时的⼤⼩，取决于飞机所带燃油量的多少和飞⾏中燃料消耗的快慢
第四讲：飞机的起飞和着陆性能
68.起飞的定义：飞机从跑道上开始滑跑，到抬前轮速度VR时抬轮离
地，上升到距起飞表⾯50英尺⾼度（我国规定民机15m，军机25m），速度达到起飞安全速度V2的运动过程
69.起飞过程：飞机起飞过程分为地⾯加速滑跑阶段、抬前轮离地阶
段、加速上升阶段三个阶段
70.离地速度：飞机起飞滑跑时，升⼒刚好等于重⼒时的瞬时速度
V=
离
G/S）和离地升⼒系数有关；
除此还与空⽓密度有关，离地迎⾓的增加受抖动迎⾓和擦尾迎⾓的限制
71.起飞性能主要包括离地速度、起飞滑跑距离和起飞距离
72.影响飞机起飞、着陆性能的因素
73.着陆的定义：飞机从15⽶（25⽶）⾼度下滑、拉平减速、接地
滑跑直⾄完全停⽌运动的整个过程叫着陆。

74.着陆过程：下滑、拉平、平飞减速、飘落触地、着陆滑跑
第五讲：飞机的纵向稳定性与操纵性
75.飞机的平衡：飞机的平衡包括作⽤⼒平衡和⼒矩平衡两个⽅⾯，
重点讨论⼒矩的平衡
76.飞机的平衡分类：俯仰、偏转、滚转
77.机翼产⽣的俯仰⼒矩：机翼产⽣的俯仰⼒矩的⼤⼩最终只取决于
飞机重⼼位置、迎⾓和飞机构型，⼀般情况下机翼产⽣下俯⼒矩，在正常飞⾏中，⽔平尾翼产⽣负升⼒，故⽔平尾翼⼒矩是上仰⼒矩，
78.影响俯仰平衡的主要因素：加减油门、收放襟翼、收放起落架、
载重重⼼变化
79.稳定性概念：受扰后出现稳定⼒矩，具有回到原平衡状态的趋势，
称为物体是静稳定的。

静稳定性研究物体受扰后的最初响应问题，
扰动运动过程中出现阻尼⼒矩，最终使物体回到原平衡状态，称物体是动稳定的。

动稳定性研究物体受扰运动的时间响应历程问题
80.稳定性的分类：稳定、中⽴稳定、不稳定、
81.稳定的条件：稳定⼒矩和阻尼⼒矩
82.飞机稳定性的概念：飞机受到⼩扰动（包括阵风扰动和操纵扰动）
后，偏离原平衡状态，并在扰动消失后，飞⾏员不给于任何操纵，飞机⾃动恢复原平衡状态（包括最初响应—静稳定性问题，和最终响应—动稳定性问题）的特性
83.俯仰稳定⼒矩主要由平尾产⽣，正常布局的飞机的平尾的安装⾓
通常要⽐机翼的安装⾓更⼩，平尾产⽣俯仰稳定性的原理
84.焦点与重⼼位置对俯仰稳定性的影响关系，⼀般情况下，焦点在
重⼼之后，飞机具有俯仰稳定性
85.俯仰动稳定性分为长周期运动和短周期两种，短周期振动运动的
周期很短，且衰减很快，⼀般迎⾓变化为短周期振动；长周期振动运动的周期很长，且衰减很慢，运动周期为⼏⼗秒不等。

⼀般速度和航迹⾓变化为长周期振动
86.直线飞⾏中，驾驶盘前后的每⼀个位置（或升降舵偏⾓）对应着
⼀个迎⾓。

⼀个迎⾓对应⼀个速度。

驾驶盘位置越靠后，升降舵上偏⾓越⼤，对应的迎⾓也越⼤，此时要减⼩飞⾏速度。

反之，驾驶盘位置越靠前，升降舵下偏⾓越⼤，对应的迎⾓也越⼩，此时要增加飞⾏速度
87.驾驶杆⼒：飞⾏员操纵驾驶盘，要施加⼀定的⼒，这个⼒简称为
杆⼒，铰链⼒矩迫使升降舵和杆回到中⽴位，为保持舵偏⾓和杆位置不变，飞⾏员必须⽤⼀定⼒推杆才能平衡铰链⼒矩
88.铰链⼒矩：飞⾏员推杆后，升降舵下偏，升降舵上产⽣向上的空
⽓动⼒，对铰链形成的⼒矩
89.调整⽚的作⽤与⼯作原理：飞⾏中调整⽚可以减⼩和消除杆⼒，
调整⽚在保持平尾升⼒不变的前提下，通过偏转配平调整⽚使舵⾯铰链⼒矩为零
第六讲：飞机的横侧向稳定性与操纵性
90.影响横侧向平衡的因素：⼀边机翼变形导致两侧阻⼒不同、两侧
发动机⼯作状态不同以及螺旋桨副作⽤影响等
91.飞机的滚转或偏航都会造成飞机侧滑和侧滑⾓，从⽽产⽣滚转⼒
矩Mx和偏航⼒矩Mz，飞机相对纵轴OX的侧向静稳定性和相对⽴轴OZ的⽅向静稳定性就不是独⽴的，⽽是相互影响。

所以，⼜把飞机的侧向静稳定性和⽅向静稳定性统称为横侧向静稳定性92.设飞机原来作纵向定常直线飞⾏，偶然使飞机向右倾斜了⼀个⾓
度（右翼下沉为正），由于升⼒在⽔平⾯内的分⼒的作⽤，飞机将向右运动，⽽飞机对称⾯⽅向未变，因此产⽣右侧滑
93.⽅向稳定⼒矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产⽣的，垂尾⾯积
越⼤，⽅向稳定⼒矩越⼤，
94.上反⾓和后掠⾓的设计等也能够使机翼产⽣⽅向稳定⼒矩，上反
⾓使侧滑前翼迎⾓⼤，阻⼒⼤，从⽽产⽣⽅向稳定⼒矩；后掠⾓的存在，使侧滑前翼的相对⽓流有效分速⼤，因⽽阻⼒更⼤，
从⽽产⽣⽅向稳定⼒矩
95.横向稳定⼒矩主要由侧滑中机翼的上反⾓和后掠⾓产⽣，上反⾓
情况下，侧滑前翼的迎⾓更⼤，升⼒⼤于侧滑后翼的升⼒，从⽽产⽣绕纵轴的横侧稳定⼒矩，后掠⾓情况下，侧滑前翼的有效分速⼤，因⽽升⼒⼤于侧滑后翼的升⼒，从⽽产⽣横侧稳定⼒矩96.机翼上下位置和垂尾也能够使机翼产⽣横向稳定⼒矩，上单翼飞
机横侧稳定性强，下单翼飞机横侧稳定性弱
97.交叉⼒矩是指由滚转运动引起的偏航⼒矩和由偏航运动引起的滚
转⼒矩。

右滚——右机翼迎⾓增⼤，阻⼒增⼤——向右偏转的偏航⼒矩。

右滚——垂尾产⽣向左侧的⽓动⼒——向右偏转的偏航⼒矩。

左偏航——垂尾产⽣向左的⽓动⼒——向左横滚的滚转⼒矩。

左偏航——左机翼升⼒减⼩，右机翼升⼒增⼤——向左的横滚滚转⼒矩98.飞机受到扰动后的运动过程⼀般有以下3种运动模态：滚转模态、
螺旋模态、荷兰滚模态
99.滚转模态：飞机的横侧发⽣偏转，会形成⼀种近似单纯的绕飞机
纵轴的滚转运动，为滚转收敛。

100.螺旋模态：飞机的横侧稳定性过弱⽽⽅向稳定性过强，在受扰产⽣倾斜和侧滑后，易产⽣缓慢的螺旋下降。

101.荷兰滚模态：飞机的横侧稳定性过强⽽⽅向稳定性过弱，易产⽣明显的飘摆现象，称为荷兰滚
102.飞机的横侧稳定性过强⽽⽅向稳定性过弱，易产⽣飘摆，飘摆的危害性在于：飘摆震荡周期只有⼏秒，修正飘摆超出了⼈的反应能⼒，修正过程中极易造成推波助澜，加⼤飘摆，⼤型运输机在⾼空和低速飞⾏时由于稳定性发⽣变化易发⽣飘摆。

因此⼴泛使⽤飘摆阻尼器，飘摆运动，表现为坡度与侧滑⾓的交替变化，必须有合适的半衰期
103.飞机的横侧稳定性过弱⽽⽅向稳定性过强，易产⽣螺旋不稳定，螺旋不稳定的周期较⼤，对飞⾏安全不构成威胁，飞机设计中允许出现轻度的螺旋不稳定，螺旋运动，表现为飞机⾼度和半径的变换，允许轻度不稳定
104.影响飞机操纵性的因素：飞机重⼼位置前后移动，飞⾏速度，飞⾏⾼度，迎⾓
105.横侧反操纵：迎⾓增⼤，横侧操纵性变差，临界迎⾓和⼤于临界迎⾓时，可能出现横侧反操纵，⼩迎⾓时，压右盘，飞机右滚，形成右侧滑，出现横侧稳定⼒矩，阻⽌右滚。

接近临界迎⾓时，压右盘，下偏副翼的左侧机翼阻⼒很⼤，上偏副翼的右侧机翼阻⼒较⼩，这⼀阻⼒差将加⼤飞机的侧滑⾓，从⽽加⼤使飞机左滚的横侧稳定⼒矩。

当稳定⼒矩⼤于操纵⼒矩时，出现压右盘导致飞机左滚
106.消除横侧反操纵的关键在于消除⼤迎⾓下压盘导致的机翼阻⼒差，可以使⽤差⾓副翼、阻⼒副翼、开缝副翼等，
107.差动副翼：左右压杆时，左右副翼的偏⾓不等，向上的偏⾓较
⼤，向下的偏⾓较⼩，使偏转副翼后两翼阻⼒⼤⼩相仿。