民航基础第二章

第三节 飞机动力装置
教学要求
◎理解活塞式航空发动机的主要组成。 ◎理解活塞式航空发动机的工作原理。
◎掌握燃气涡轮航空发动机的分类。
◎掌握涡轮发动机的工作原理。
第三节 飞机动力装置
一 、 概述
1903年12月17日，美国莱特兄弟实现了人类历史
上首次有动力、载人、持续、可操作的、重于空气的飞
行器的飞行。这一事件对其后世界的政治和经济发展起 到了重要的作用。航空发动机的百余年发展历程可分为
民航基础
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第二章 民航航空器
飞行原理
飞机的基本结构 飞机动力装置 航空仪表 飞行性能 民用飞机的发展及主要制造商
总体要求
◎了解飞行基本原理。
◎理解升力产生的原理。
◎了解飞机的基本结构。 ◎了解航空发动机的分类及各自的工作原理。 ◎理解各种航空仪表的作用。 ◎掌握飞行的五个阶段。
第一节 飞 行 原 理
2. 伯努利定理
“流体力学之父”丹尼尔·伯努利在1738年提出 了伯努利定理：流速大的地方气体压强小；流速小 的地方气体压强大。由于伯努利定理是由机械能守 恒定律推导出的，因而它仅适用于黏度可以被忽略、 不可被压缩的理想流体。如图22所示，气体在流 动过程中要获得不同的压强，可以通过改变管道横 截面积来实现：横截面积变大时，压强变大；横截 面积变小时，压强变小。
第一节 飞 行 原 理
3. 诱导阻力
诱导阻力是伴随着升力的产生而产生的。如果没有升
力，就没有诱导阻力。飞机的诱导阻力主要是由机翼产生
的。当机翼产生升力时，根据作用力与反作用力的原理， 升力的反作用力由机翼作用到气流上，方向向下，所以使
气流向下转折一个角度，使原来的迎角减小，因而导致升
力也向后倾斜一个角度。此升力在水平方向有一个投影分 量，即为诱导阻力。诱导阻力的大小与机翼的平面形状、
方向的分量即为升力，如图2-3所示。
第一节 飞 行 原 理
图2-3
机翼受力图
第一节 飞 行 原 理
三 、 重力
重力是将所有物体铅直向地心吸引的向下的力。飞 机的重心是飞机上所有重量的集中点，也是整个飞机的 平衡点，如果将一架飞机从重心位置吊起，飞机会处于 平衡状态。 重心位于飞机的纵向中心线上，并靠近机翼的升力 中心。重心的位置由飞机所装载货物的位置和重量决定。 由于重心位置直接影响飞机的稳定性与性能，因此，确 定飞机重心的位置至关重要。
力，因此，经常将发动机比作飞机的“心脏”。 发动机的性能在很大程度上决定了航空技术的发
展水平。从历史上看，航空技术的每次重大进展
都离不开发动机技术的发展。
第三节 飞机动力装置
二 、 活塞式航空发动机
活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的
容器（气缸）内燃烧并膨胀做功的机械。活塞式发动
2. 构成形式
（1） 构架式起落架。 构架式起落架的主要特点是通过承力构架将机轮与机 翼或机身相连。承力构架中的杆件及减震支柱都是相互铰接 的，它们只承受轴向力(沿各自的轴线方向)而不承受弯矩。 （2） 支柱式起落架。
支柱式起落架的主要特点是减震器与承力支柱合二为
一，机轮直接固定在减震器的活塞杆上。减震支柱上端与机 翼的连接形式取决于收放要求。
要受到向上的升力、向
下的重力、向前的推力 和向后的阻力四种力的
作用，如图2-1所示。
通常将升力和推力视为 正向力，将重力和阻力
视为负向力。
图2-1 飞机飞行中作用在飞机上的力
第一节 飞 行 原 理
1. 流体连续性定理
流体连续性定理的三个基本假设是：流体无须抵抗与 窗口壁之间的黏性力，即流体为非黏性；流体为不可压缩 的，即其密度不变；高速流动不会导致湍流的出现，即流 体是稳定的。 基于以上三个假设，可以得出：当流体以稳定的流速 在管道中流动时，流体流速与横截面积的大小成反比，即 流体在变截面积的管道中流动时，在截面积大的地方流速 低，在截面积小的地方流速高。流体连续性定理说明了流 体的流速与管道横截面积之间的关系。
要包括四个部分：起落架舱、制动装
置、减震装置和收放装置。
第二节 飞机的基本结构
1. 布置方式
起落架的布置方式分为前三点式和后
三点式。前三点式是指主起落架在飞机重
心之后，飞机头部安装前起落架。后三点 式是指主起落架在飞机重心之前，机尾装
有后起落架或尾轮。现代大型民航客机大
部分都采用前三点式起落架。
第二节 飞机的基本结构
第一节 飞 行 原 理
2. 翼型对升力和阻力的影响
机翼上表面的弯曲度越大，产生的升力越
大。高升力机翼的上表面都有较大的凸起的弯
度，下表面有向上凹进的弯度。大多数飞机的 机翼上安装有襟翼装置，当襟翼放下时，能增
加机翼上表面的弯曲度和机翼下表面的凹进弯
度，其作用是增加机翼的升力。机翼结冰时会 改变翼型形状，可能会导致飞机丧失部分甚至
在大型民航客机上，为了提高平尾的平衡能力，水平安定
面在飞行中可以缓慢改变安装角，这样的平尾称为可调平 尾。在飞行中，飞机升力的位置会随迎角和飞行速度的变
化而移动，飞机重心也因燃油消耗等而变动。
第二节 飞机的基本结构
2. 垂直尾翼
垂直尾翼简称为垂尾，由固定的垂直安
定面和可动的方向舵组成，其工作原理与平
第一节 飞 行 原 理
二 、 升力
根据流体连续性定理，流过上表面和下表面的气流在
机翼前缘分离后，将在相同的时间到达机翼后缘并会合。
由于机翼上表面的弯曲较大，气流流经上表面所经过的距 离要比流经下表面的长，流过机翼上表面的气流速度比流
过下表面的气流速度更快。根据伯努利定理可知，下表面
产生的向上的压力要大于上表面产生的向下的压力，故在 机翼上下表面产生了压力差，该压力差在垂直于相对气流
全部的升力效应，同时，阻力会大幅增加。
第一节 飞 行 原 理
3. 流过机翼表面的气流速度
对升力和阻力的影响流过机 翼表面的气流速度增加，可以导 致升力和阻力的增加。升力和阻 力的变化量与流过机翼表面的气 流速率变化量的平方成正比。
第一节 飞 行 原 理
4. 大气密度对升力和阻力的影响
升力和阻力与大气密度有直接 的关系：当大气密度增加时，升力 和阻力增加；当大气密度减小时， 升力和阻力减小。大气密度受气压、 温度和湿度的影响。
两个时期：第一时期是从莱特兄弟的首次飞行开始到第
二次世界大战结束为止，这一时期使用的是活塞式发动 机；第二个时期是从第二次世界大战结束至今，这一时
期涡轮发动机取代了活塞式发动机，处于主导地位。
第三节 飞机动力装置
飞机是比空气重的航空器，因此需要消耗自 身动力来获得升力。飞机的自身动力来自飞机的
发动机，发动机的不停运转保证飞行的速度和升
第一节 飞 行 原 理
空中客车公司的A380是一架最大起飞重量为
560吨的庞然大物，这个比空气重的“铁鸟”是
如何打破重力法则，自由自在地翱翔在13000米 的高空的呢？其原因有两个方面：装有能够产生
升力的机翼和尾翼；装有可以产生足够动力的发
动机。
第一节 飞 行 原 理
一 、 基本概念
飞机在空中飞行主
翼剖面形状、展弦比及升力的大小有关，椭圆形平面形状
和大展弦比的机翼的诱导阻力较小。
第一节 飞 行 原 理
4. 干扰阻力
由于飞机飞行过程中气流流动时的
相互干扰，在飞机各部件间产生干扰阻
力。为了减少干扰阻力，通常在部件连 接处加装流线型的整流片，使得连接处
圆滑过渡，尽可能减少涡流的产生。
第一节 飞 行 原 理
第一节 飞 行 原 理
图2-2 伯努利定理示意图
第一节 飞 行 原 理
伯努利定理可通过生活中的实例来说明。例如，在球
类比赛中，旋转球具有很大的威力。旋转球和不旋转球的
飞行轨迹不同是球周围空气的流动情况不同造成的。不旋 转球水平向左运动时，球的上方和下方流线对称，流速相 同，上下不产生压强差。旋转球运动则会带动周围的空气 跟着它一起旋转，使球的下方空气的流速增大，上方空气 的流速减小，球下方的空气流速大、压强小，上方的空气 流速小、压强大。跟不旋转球相比，旋转球因为旋转而受 到向下的力，飞行轨迹会向下弯曲，因而不易判断。
机身上。机身可分为三个主要部分：驾驶 舱、客舱和货舱。机身的前头部分是用来
控制飞机的驾驶舱；中部是用来装载乘客、
货物、燃油及各种必需设备的客舱或货舱； 机身的后部与尾翼相连。
第二节 飞机的基本结构
二 、 机翼
机翼是产生升力、使飞机升空的主要 部件。在现代客机上，飞机的油箱和起落
架舱也通常连接于机翼上。根据机翼在机
空气的物理特性之一就是黏性。当气流流过飞
机表面时，由于空气的黏性，空气与飞机表面产生
摩擦，阻滞空气的流动，由此产生的阻力称为摩擦 阻力。摩擦阻力的大小取决于空气黏性、飞机表面
的物理状态及同气流接触的飞机表面面积的大小。
空气的黏性越大，飞机表面越粗糙，飞机与空气的 接触面积越大，摩擦阻力就越大。
第一节 飞 行 原 理
第一节 飞 行 原 理
教学要求
◎了解飞机飞行中的基本受力。 ◎理解升力产生的原理。 ◎理解翼型对升力的影响。
第一节 飞 行 原 理
民用航空器是指除用于执行军事、海关、警察
飞行任务外的航空器。 经中华人民共和国国务院
民用航空主管部门依法进行国籍登记的民用航空 器具有中华人民共和国国籍，由国务院民用航空 主管部门发给国籍登记证书。国务院民用航空主 管部门设立中华人民共和国民用航空器国籍登记 簿，统一记载民用航空器的国籍登记事项。
尾的工作原理相似。垂尾翼面的前半部分通 常是固定的，称为垂直安定面；后半部分铰
接在垂直安定面后部，可操纵其偏转，称为
方向舵。根据垂尾的数目，飞机可分为单垂 尾、双垂尾、三垂尾和四垂尾飞机。
第二节 飞机的基本结构
四 、 起落架
起落架是飞机下部用于起飞降落
或地面（或水面）滑行时支撑航空器
并用于地面（或水面）移动的附件装 置。现代的大型民航客机的起落架主
身上安装的部件和形式，可以把飞机分成 下单翼飞机、中单翼飞机和上单翼飞机。
早期的飞机多为双翼机或三翼机，现代的
民航运输机多为下单翼飞机。
第二节 飞机的基本结构
三 、 尾翼
1. 水平尾翼
水平尾翼也称平尾，是飞机纵向平衡、稳定和操纵的
翼面。平尾左右对称地安装在飞机尾部。翼面前半部通常
是固定的，其所在的平面称为水平安定面；翼面后半部铰 接在水平安定面的后面，可操纵其上下偏转，称为升降舵。
第二节 飞机的基本结构
（3） 摇臂式起落架。 摇臂式起落架的主要特点是机轮通过可转动的摇臂与
减震器的活塞杆相连。减震器也可以兼做承力支柱。
（4） 浮筒式起落架。 浮筒式起落架应用于水陆两用飞机上。由于水陆两用
飞机需要能够安全降落在水上和陆上，因此浮筒式起落架
除了设有普通可收缩的机轮外，还设有专门在水上降落、 不能收回的浮筒，浮筒式起落架的机轮收回在浮筒之内。
五 、 影响升力和阻力的因素
影响航空器升力和阻力的因素包括机
翼面积、翼型、流过机翼表面的气流速度
和大气密度。由于当升力增加时阻力也随 之增加，升力减小时阻力也减小，因此，
上述任一因素的变化都会影响升力和阻力
之间的关系变化。
第一节 飞 行 原 理
1. 机翼面积对升力和阻力的影响
作用在机翼上的升力和阻力 与机翼面积成正比。在其他条件 不变的情况下，如果机翼面积增 加1倍，机翼所产生的升力和阻力 也将增加1倍。
第一节 飞 行 原 理
四 、 阻力
飞机在空中飞行时，除了产生升力外，还会
产生阻力。阻力方向与飞机的运动方向相反，阻
碍飞机向前飞行。飞机所受的阻力可来自机翼、 机身、起落架和尾翼等。根据阻力产生原因的不
同，飞机所受的阻力可分为摩擦阻力、压差阻力、
诱导阻力和干扰阻力等。
第一节 飞 行 原 理
1. 摩擦阻力
2. 压差阻力
气流流过物体的过程中，在物体前面，气流受 到阻挡，流速减慢，压力增大；在物体后面，由于 气流分离形成涡流区，压力减小。这样，在物体的 前后便产生了压力差，形成阻力。这种由于前后压 力差所形成的阻力称为压差阻力。压差阻力同物体 的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大关系。 为了减小压差阻力，在飞机设计和制造过程中，常 将飞机暴露在气流中的所有部件都做成流线型。
第二节 飞机的基本结构
教学要求
◎了解航空器的分类。 ◎掌握飞机的主要组成部分。
第二节 飞机的基本结构
根据产生升 力方式的不同，
航空器分为轻于
空气的航空器和 重于空气的航空
器两类，具体内
容如图2-4所示。
图2-4 航空器的分类
第二节 飞机的基本结构
一 、 机身
机身是飞机的主体，并连接Βιβλιοθήκη Baidu机翼和
尾翼。现代民航运输机的起落架也连接在