飞机原理与构造低速空气动力学基础
飞机起飞原理与空气动力学
飞机起飞原理与空气动力学飞机的起飞是整个飞行过程的开始，它必须克服地面摩擦力和重力，通过产生足够的升力来使机身离开地面并进入空中。
这个过程涉及到许多复杂的物理原理和空气动力学的知识。
本文将重点介绍飞机起飞的基本原理以及与之相关的空气动力学知识。
首先，我们需要了解一些基本的概念。
升力是支撑飞机上升的力，它由机翼产生。
升力的大小取决于机翼的几何形状、机翼与空气的相对运动速度以及气动力学特性。
重力是向下的力，它由飞机的质量决定。
为了起飞，升力必须大于等于重力。
飞机起飞的过程可以分为三个主要阶段：加速滑行、离地和攀升。
在加速滑行阶段，飞机使用发动机产生推力，推动飞机前进。
同时，机翼产生的升力也逐渐增加。
为了在起飞过程中保持稳定，飞机的重心必须在起飞姿态下的前方。
在这个阶段，飞机必须克服地面摩擦力和空气阻力，使飞机加快速度以达到起飞所需的最小速度。
离地是飞机起飞过程中的关键步骤。
当飞机的速度达到足够的大小时，空气动力学效应开始起作用。
飞机机翼上的升力产生的垂直向上的力超过了重力，使飞机离开地面。
为了实现离地，飞机必须在合适的位置和速度上升。
一旦飞机离开地面，它会进入到攀升阶段。
在这个阶段，飞机继续增加高度并保持前进。
升力继续克服重力，使飞机能够在空中保持平衡和稳定飞行。
那么，飞机起飞的原理是什么呢？根据伯努利定律，当气流经过机翼时，在机翼上方的气流速度较快，而在下方较慢。
这导致了压强的不平衡，从而产生升力。
机翼的形状和横截面也起到重要作用。
机翼通常呈上下凸起的形状，称为翼型。
翼型的特殊曲率可以帮助加速上方气流的流速，从而增加升力。
此外，机翼后缘的襟翼和副翼等辅助装置也可以调整升力分布，增加起飞性能。
此外，推力也对飞机起飞至关重要。
推力是由发动机产生的向前推动的力，它必须大于飞机的重力和空气阻力，才能确保飞机的加速和离地。
发动机的推力取决于喷气速度和喷气量。
喷气速度取决于发动机喷气口的尺寸和燃烧效率。
喷气量则取决于燃料燃烧速率和发动机的设计。
直升飞机飞行原理
直升飞机飞行原理直升机是一种垂直起降的飞行器，它可以在空中悬停、向前、向后、向左、向右飞行，还可以进行定点停留、低高度飞行、复杂地形涂毒、运输货物等，是一种非常灵活多变的飞行器。
那么，直升机是如何实现这种“绕不过去”的飞行方式的呢？下面，我们来了解一下直升机的飞行原理。
一、空气动力学基础不论是飞机还是直升机，它们都要靠空气动力学来实现飞行。
空气动力学是研究空气对物体的作用的学科。
在空气中，物体移动时，空气会对其产生阻力、升力和推力等作用。
在直升机的飞行中，最主要的就是升力了。
升力是空气对直升机产生的向上的支持力，使其能够腾空而起。
而产生升力的关键，则是由于在直升机的旋转叶片上产生了一个向下的气流，这个气流将气体压缩，使其速度加快，压力降低，形成低压区。
而直升机上方的空气则形成高压区，从而产生了升力。
二、基本构造1.机身部分：直升机的主体部分，其中装置有驾驶室、乘客和货物舱、发动机等。
2.旋翼部分：直升机最重要的部分，由主旋翼和尾旋翼组成。
3.主旋翼：是直升机上的最重要的部分，主要产生升力和推进力。
它是一组大型的可旋转叶片，可以轮流地在上下、左右和前后方向调整。
4.尾旋翼：又称为方向舵，主要负责平衡和转向直升机。
5.起落架：支撑直升机在地面或者水面上的装置。
三、飞行原理我们知道，飞机在飞行中通过翼面产生升力和推力来维持飞行。
而直升机则是通过旋翼来产生升力和推力，从而可以实现垂直起降和各种方向的移动。
正常飞行时，主旋翼的旋转速度越快，升力就越大。
主旋翼在旋转时还产生了空气流，对于尾旋翼而言，这种空气流就相当于一束强劲的风，从而也可以产生升力和推力，平衡直升机并控制飞行方向。
直升机的旋翼不仅可以产生升力和推力，还可以调整飞行方向。
当主旋翼向右旋转时，直升机就会向左飞行，反之亦然。
而尾旋翼则可以扭转调整直升机的飞行方向。
在直升机的飞行过程中，由于旋翼旋转的高速气流形成较大的后向力，所以需要加装平衡重量使其平衡。
飞机的工作原理
飞机的工作原理飞机的工作原理飞机是一种能够在大气中飞行的航空器，它是现代交通工具中最快、最安全和最广泛使用的一种。
飞机的工作原理主要是基于物理和工程学的原理。
本文将从空气动力学、引擎原理和操纵原理三个方面介绍飞机的工作原理。
首先，空气动力学是飞机工作原理的基础。
飞机在飞行过程中依靠空气来提供升力和阻力。
当飞机前进时，空气会沿着机翼上表面流动，同时在机翼的下表面产生负压。
升力是飞机在飞行过程中产生的垂直向上的力，它是由于机翼的形状和空气速度变化造成的。
机翼上表面的曲率和下表面的平直，使得空气在上表面流速快，而在下表面流速慢，从而产生了高低压差，形成了升力。
升力的大小取决于机翼面积、机翼的形状和来流速度等因素。
与升力相对的是阻力，它是飞机在飞行过程中所要克服的空气阻力。
阻力的大小与飞机的形状、气动外形、飞行速度以及来流条件等有关。
其次，引擎原理是飞机工作原理的关键。
飞机引擎主要通过燃烧燃料来产生推力，从而提供飞机的动力。
现代飞机常用的引擎类型有螺旋桨、喷气和涡扇引擎。
螺旋桨引擎通过引擎燃烧室中的燃油燃烧产生高温高压气流，驱动螺旋桨旋转产生推力。
喷气引擎是将压缩空气和燃油混合后，通过燃料燃烧产生高温高压气体，推动涡轮旋转，进而驱动飞机前进。
涡扇引擎则是综合应用了喷气引擎和螺旋桨引擎的优点，既能以高速飞行，又能以低速起降。
最后，操纵原理是飞机工作原理的关键。
操纵原理是指飞机的控制和操纵机构，包括机翼前后调节、副翼和方向舵等。
机翼前后调节机构可以调整机翼的攻角，从而控制飞机的升力和阻力。
副翼是用来控制飞机的滚转运动的，它通过机翼上和下表面的不对称运动，产生差速升力，使飞机产生滚转力矩。
方向舵则用来控制飞机的偏航运动，它通过改变舵面的角度，产生一侧的气流变化，迫使飞机沿着一个弯曲的轨迹飞行。
总之，飞机的工作原理主要是基于空气动力学、引擎原理和操纵原理。
空气动力学为飞机提供了升力和阻力的基础，引擎通过燃烧产生推力，提供飞机的动力，而操纵原理则是控制和操纵飞机的重要原理。
飞机的原理和构造
飞机的原理和构造
飞机的原理主要是基于空气动力学和牛顿力学的原理。
飞机通过机翼产生的升力和飞机自身重力的平衡来实现飞行。
机翼的上表面比下表面更长，使得空气在上方流动的速度更快，压力更低，从而产生向上的升力。
除了机翼，飞机还包括其他重要的构造。
飞机的机身是承载燃料、乘客和货物的部分，通常采用具有高强度和轻质的材料，如铝合金或复合材料。
机身内部还包括飞机的动力系统、通信设备、座位等。
机身前部的驾驶舱是飞行员控制飞机的重要部分。
飞机的发动机是提供推力的关键部分。
常见的飞机发动机有涡轮喷气发动机和螺旋桨发动机。
涡轮喷气发动机通过压缩和燃烧空气来产生高速气流，从而产生推力。
螺旋桨发动机则通过旋转螺旋桨提供推力。
发动机通常位于飞机翼的下方或机身后部。
飞机还需要控制飞行姿态和方向的控制系统。
包括舵面（如副翼、升降舵和方向舵）和襟翼等。
借助这些控制系统，飞行员可以调整飞机的姿态和方向，使其保持平稳的飞行。
此外，飞机还包括起落架、燃油系统、电气系统和空调系统等辅助设备。
起落架用于在起飞和降落时支撑飞机。
燃油系统负责存储和供应燃料给发动机。
电气系统提供电力给飞机的各个部分。
空调系统则用于维持飞机内部的温度和湿度。
总之，飞机的原理和构造是一个相当复杂的系统工程，各个部分相互配合，使得飞机能够在空中安全、平稳地飞行。
直升机的飞行原理与空气动力学基础
直升机的飞行原理一般认为，直升机技术要比固定翼飞机复杂，其发展也比固定翼飞机慢。
但随着对直升机空气动力学、直升机动力学等学科认识的不断深化和先进航空电子技术、新工艺等的应用，直升机在近年来也有了很大的发展，直升机的直线飞行最大速度的世界纪录为400．87km／h，是英国“山猫”直升机于1986年8月11日创造的。
除了创纪录飞行，直升机的一般巡航速度在250～350km／h之间，实用升限达4000～6000m，航程达400～800km。
与固定翼飞机相比，直升机存在速度小、航程短、飞行高度低、振动和噪声较大，以及由此引起的可靠性较差等问题。
直升机飞行的特点是：它能垂直起降，对起降场地没有太多的特殊要求；它能在空中悬停；能沿任意方向飞行；但飞行速度比较低，航程相对来说也比较短。
当前，直升机在民用和军用的各个领域都得到了广泛的应用。
特别是在军用方面，武装直升机在现代战争中发挥的作用越来越大。
此外，吊运大型装备的起重直升机以及侦察、救护、森林防火、空中摄影、地质勘探等多用途直升机应用也非常广泛。
2．6．1直升机旋翼的工作原理旋翼是直升机的关键部件。
它由数片(至少两片)桨叶和桨毂构成，形状像细长机翼的桨叶连接在桨毂上。
桨毂安装在旋翼轴上，旋翼轴方向接近于铅垂方向，一般由发动机带动旋转。
旋转时，桨叶与周围空气相互作用，产生气动力。
直升机旋翼绕旋翼转轴旋转时，每个叶片的工作都与一个机翼类似。
沿旋翼旋转方向在半径r处切一刀，其剖面形状是一个翼型，如图2—67(a)所示。
翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴的桨毂旋转平面之间的夹角称为桨叶的安装角(或桨距)，以表示，如图2—67(b)所示。
相对气流与翼弦之间的夹角为该剖面的迎角。
因此，沿半径方向每段叶片上产生的空气动力R可分解为沿桨轴方向上的分量F和在旋转平面上的分量D。
F将提供悬停时需要的拉力；D产生的阻力力矩将由发动机所提供的功率来克服。
图2-67直升机旋翼的工作原理旋翼旋转所产生的拉力和阻力的大小，不仅取决于旋翼的转速，而且取决于桨叶的桨距。
飞行原理 第二章 低速空气动力学
第二章 第 30 页
0
CD0
●极曲线的深入理解
从原点所引直线与极曲线交于两点，则两点的升阻比相同，较 高者的迎角较大，较高者的平飞速度较小。
第二章 第 31 页
② 不同滑流状态的极曲线
●螺旋桨滑流
第二章 第 32 页
② 不同滑流状态的极曲线
第二章 第 36 页
●地面效应的产生原因
①上下翼面压差增加 ②地面阻碍使下洗流减小 ③下洗角减小，使平尾迎角减小
飞机脱离地面 效应区
第二章 第 37 页
飞机处于地面 效应区
●地面效应的效果
①上下翼面压差增加，从而使升力系数增加。 ②地面阻碍使下洗流减小，使诱导阻力减小，阻力系数减小。 ③下洗角减小，使平尾迎角减小，出现附加下俯力矩（低头力矩）。
I. 零升迎角 0
0
第二章 第 12 页
●翼型在零升迎角下的压强分布
后半部分合力
压强低于 环境气压
压强高于 环境气压
第二章 第 13 页
前半部分合力
气动中心
压强低于 环境气压
II. 升力系数曲线斜率
CL CL ( 0 )
C
L
第二章 第 14 页
III.临界迎角和最大升力系数
CL max
第二章 第 15 页
迎角
●升阻比随迎角的变化规律
➢ 从零升迎角到最小阻力迎角，升力增加较快，阻力增加缓慢， 因此升阻比增大。在最小阻力迎角处，升阻比最大。
➢ 从最小阻力迎角到临界迎角，升力增加缓慢，阻力增加较快， 因此升阻比减小。
➢ 超过临近迎角，压差阻力急剧增大，升阻比急剧减小。
第二章 第 27 页
模块2 飞机的低速空气动力《飞行原理》教学课件
2.3 飞行阻力
2.3.1 低速附面层
1 . 附面层的形成 附面层：就是指在紧贴物体表面，气流速度从物面速度为零处逐渐增大到 99%主
流 速度的很薄的空气流动层。沿物面法向的速度分布称为附面层的速度型。
平板表面的附面层
2.3.1 低速附面层
2. 附面层的特点 （1）附面层内沿物面法线方向压强不变且等于法
《飞行原理》
✩精品课件合集
第 2章
飞机的低速空气动力
目录
CONTENTS
01 2.1空气流动的描述 02 2.2升力 03 2.3飞行阻力 04 2.4飞机的低速空气动力性能 05 2.5增升装置的增升原理
2.1 空气流动的描述
2.1.1 流体模型化
1.理想流体 忽略流体黏性作用的流体，称为理想流体。空气流过飞机时，一般只在贴近飞机
附面 层的厚度
2.3.1 低速附面层
3. 层流附面层和紊流附面层 所谓层流，就是气体微团沿物面法向分层流动，互不混淆。 所谓紊流，就是气体微团除了沿物面流动外，还有明显地沿物面法向上下乱动的现象，
使各层之间有强烈的混合，形成紊乱的流动。 气流沿物面流动时，在物面的前段一 般是层流，后段是紊流，层流与紊流之间的过渡区，
附面层的速度梯度
2.3.2 阻力的产生
1. 摩擦阻力 由附面层理论可知，空气流过机翼时，紧贴机翼表面的一层空气，其速度恒等
表面的地方（附面层）考虑空气黏性的影响，其他地方则按理想流体处理。 2.不可压流体
忽略流体密度的变化，认为其密度为常量的流体，称为不可压流体。空气流过飞 机时，密度要发生变化，其变化量的大小取决于 M 的大小。 3.绝热流体
不考虑热传导性的流体，称为绝热流体。
cjp-第二章空气动力学基础
◦ 对于完全气体，有
pRT
4.粘性μ
◦ 当流体内两相邻流层的流速不同时，两个流层接触面上 便产生相互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就叫粘性。
◦ 实验表明：流体的粘性力F 与相邻流层的速度差Δv=v1v2 、接触面的面积 ΔS 成正 比，和相邻流层的距离Δy 成反比。
5.可压缩性E
◦ 是指一定量的空气在压力变化时，其体积发生变化的特 性。可压缩性用体积弹性模量 E 来衡量 ，其定义为产 生单位相对体积变化所需的压力增量。E 值越大，流体 越难被压缩。
◦ 在通常压力下，空气的E值相当小，约为水的1/20000。 因此，空气具有压缩性，而水则视为不可压缩流体。
◦ 一般情况下飞机低速飞行（Ma＜0.3）时，视为不可压 缩流体；高速飞行（Ma≥0.3）时，则必须考虑空气的可 压缩性。
3.流场、定常流和非定常流
◦ 流体流动所占据的空间称为流场，用来描述表示流体运 动特征的物理量，如速度、密度、压力等等。
◦ 在流场中的每一点处，如果流体微团的物理量随时间变 化，这种流动就称为非定常流动，这种流场被称为非定 常流场；反之，则称为定常流动和定常流场。
4.流线、流线谱、流管
◦ 流线是在流场中用来描绘流体微团流动状态的曲线。在 流线每一点上，曲线的切线方向正是流体微团流过该点 时流动速度的方向。
◦若
S1＞ S2 ＞ S3
◦则
v1＜ v2＜ v3
p1＞ p2＞ p3
实验验证
◦ 空气静止时，各处大气压力都一样，等于此处的大气压 力，测压管中指示剂液面的高度都相等。
飞行的奥秘了解飞机与空气动力学
飞行的奥秘了解飞机与空气动力学飞行的奥秘：了解飞机与空气动力学飞行，是人类长久以来的梦想与追求。
而如今，我们已经能够通过飞机实现自由翱翔于天空之中。
然而，飞机的飞行并非简单的“飞”起来而已，而是基于深厚的空气动力学原理与技术基础。
本文将从飞机与空气动力学的关系入手，探究飞行的奥秘。
一、空气动力学与飞机1. 空气动力学的基本原理空气动力学是研究物体在空气中运动的学科。
它涉及了流体力学、热力学以及运动学等多个学科领域。
在空气动力学理论中，最重要的概念之一是气动力，它是指空气对物体施加的力。
而根据牛顿第三定律，物体在空气中运动时，空气同样会对物体施加与它相等反向的力。
2. 飞机的基本结构与原理飞机是能够在空中飞行的交通工具。
它由机身、机翼、发动机、尾部组成，每个部分都发挥着重要的作用。
机身为飞机提供了基本的结构和载客空间，机翼则负责产生升力和改变飞机的姿态，发动机则提供了动力，尾部则控制着飞机的平衡。
整个飞机的设计都基于空气动力学原理，力求在空中实现平稳的飞行。
二、飞机的升力与气动力学1. 飞机的升力与气动力学基础升力是指垂直于飞机机翼平面的力，使飞机能够克服重力向上飞行。
升力的产生与气流的流动有着密切的关系。
当飞机在空中飞行时，机翼表面的空气会被迫分离，上表面的气流速度更快，压力更低，而下表面的气流速度较慢，压力较高，这种气流的分离形成了马格努斯效应。
根据伯努利定律，速度更快的气流所产生的气压就较低，而速度较慢的气流所产生的气压就较高，因此形成了升力。
2. 操纵飞机的副翼与方向舵飞机的机翼除了产生升力外，还能通过副翼和方向舵来改变飞机的姿态与方向。
副翼位于机翼的尖端，当副翼升起时，会对飞机产生一个向下的力，使得飞机产生滚转的运动；而方向舵则位于飞机尾部，通过改变方向舵的位置，飞机能够改变飞行方向。
这些控制面的设计与使用同样基于空气动力学原理。
三、发动机与推进力1. 发动机的类型与工作原理发动机是飞机的动力源，不同类型的发动机有着不同的工作原理。
低速空气动力学基础.
1 2
v2
PP0
上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。
第二章 第 26 页
●伯努利定理
1 2
v2
PP0
1 2
v 2—动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压
力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。
P —静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，
静压等于当时当地的大气压。
第二章 第 70 页
P分离点
P1
P2 P3 P4
●分离区的特点三
附面层分离的内因是空气的粘性，外因是因物体表面弯曲而 出现的逆压梯度。
PAPB PC
B C
A
第二章 第 71 页
●分离点与最小压力点的位置 最小压力点 B
A
分离点 C
第二章 第 72 页
●分离点与转捩点的区别
➢层流变为紊流（转捩），顺流变为倒流（分离）。 ➢分离可以发生在层流区，也可发生在紊流区。 ➢转捩和分离的物理含义完全不同。
在逆压梯度作用下，附面层底层出现倒流，与上层顺流 相 互作用，形成漩涡脱离物体表面的现象。
第二章 第 68 页
分离点
●分离区的特点一
分离区内漩涡是一个个单独产生的，它导致机翼的振动。
第二章 第 69 页
●分离区的特点二
分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。 P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4
2.1.6 伯努利定理
同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保 持不变。
能量守恒定律是伯努力定理的基础。
第二章 第 25 页
●伯努利定理
空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。 因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式 表述为：
飞机原理与构造第三讲低速空气动力学基础(2)
25
翼型的升力和阻力
相对厚度对升力特性的影响： 相对厚度对升力特性的影响：
相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。 相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。
相对厚度增加
2011-12-8
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翼型的升力和阻力
翼型前缘半径对升力特性的影响： 翼型前缘半径对升力特性的影响：
前缘半径增加，临界迎角增加。 前缘半径增加，临界迎角增加。
半径小
半径大
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翼型的升力和阻力
展弦比对升力特性的影响： 展弦比对升力特性的影响：
展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小 展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小。
展弦比高 展弦比低
2011-12-8
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翼型的升力和阻力
L
主要有两条途径: 主要有两条途径: ——增大上缘(上弧线)曲率； ——增大上缘(上弧线)曲率； 增大上缘 ——飞机以一定的迎角飞行 飞机以一定的迎角飞行。 ——飞机以一定的迎角飞行。
ps1 ps2
V1
S1
S2
V2
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5
翼型的升力和阻力
飞机的升力 迎角: 定义为气流速度矢量 翼弦之间的夹角 迎角: 定义为气流速度矢量与翼弦之间的夹角，当气 气流速度矢量与 之间的夹角，
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翼型的升力和阻力
层流和紊( 层流和紊(湍)流:
层流：液体质点互不干扰， 层流：液体质点互不干扰，液体的 流动呈线性或层状， 流动呈线性或层状，且平行于管道 轴线； 轴线；
紊流：液体质点的运动杂乱无章， 紊流：液体质点的运动杂乱无章， 除了平行于管道轴线的运动以外， 除了平行于管道轴线的运动以外， 还存在着剧烈的横向运动。 还存在着剧烈的横向运动。
飞行基础学习知识原理学习知识要点
第一章飞机和大气的一般介绍1、机翼的剖面参数：翼弦：翼型前沿到后沿的连线。
厚度：上翼面到下翼面的距离；最大厚度；最大厚度位置：最大厚度到翼型前沿的距离与弦长的比值，用百分比表示；相对厚度：（厚弦比）翼型最大厚度与弦长的比值，用百分比表示。
中弧线：与翼型上下表面相切的一系列元的圆心的连线（中弧线到上下翼面的距离相等），对称翼面中弧线与翼弦重合。
弧高：中弧线与翼弦的垂直距离；相对弯度：最大弧高与翼弦的比值，用百分比表示。
2、机翼的平面形状参数：平直机翼有极好的低速特性，便于制造；椭圆形机翼的阻力最小，但是难以制造，成本高；梯形机翼结合律矩形机翼和椭圆机翼的优缺点，具有适中的升阻特性和较好的低速性能，制造成本也较低；后掠翼和三角翼有很好的高速性能，主要用于高亚音速飞机和超音速飞机，低速性能较差翼展：机翼翼尖之间的距离；展弦比：机翼翼展与平均弦长的比值（表示机翼平面形状长短和宽窄的程度）；梢根比：机翼翼尖弦长玉机翼翼根弦长的比值（表示翼尖道翼根的收缩度）；后掠角：机翼1/4弦线玉机身纵轴垂直线之间的夹角（表示机翼的平面形状向后倾斜的程度）第二节大气的一般介绍空气密度减小对飞行的影响：真空速不断增大、发动机效率降低空气压力降低的线性变化规律：高度上升8.25（27ft）米气压降低1hPa；高度上升1000ft 气压降低1inHg；高度上升11米气压降低1mmHg空气温度降低的线性变化规律：高度上升1000米温度下降6.5°高度上升1000ft温度降低2°湿度越大，空气的密度越小（水蒸气是干空气重量的62%）；相对湿度，露点（反映空气中水汽含量的多少，假如空气中水汽含量多，温度降低很少—相对较高的温度就可以达到饱和，露点就高），气温露点差：就是实际气温与露点的差值，反映空气的潮湿程度中低空高度每升高1000米真空速比表速约大5%；气温升高5°速度增大1%第二章低速空气动力学第一节低速空气动力学基础1、飞机的相对气流：相对于飞机运动的空气流，方向与飞行速度方向相反。
飞机的飞行原理--空气动力学基本知识 ppt课件
4、电离层（暖层、热层）
电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
PPT课件 16
对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
PPT课件 17
4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。
低速空气动力学基础
低速空气动力学基础空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。
第一章 空气动力学与航空航天飞行器发展1.1 空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。
为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.012m 的小型风洞。
正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。
20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。
40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。
50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。
50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。
1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。
美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。
两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音中国雏鹰科研课题组专用速空气动力学和空气热力学的研究。
航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。
航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。
直升机的飞行原理与空气动力学基础
直升机的飞行原理与空气动力学基础直升机是一种可以垂直起降的飞行器，它通过旋转的主旋翼产生升力，通过尾旋翼产生反扭力，实现悬停、飞行等动作。
直升机的飞行原理和空气动力学基础主要包括旋翼的升力产生、马力的消耗以及稳定性控制等方面。
首先，直升机的飞行原理是基于伯努利定律和牛顿第三定律。
旋翼是直升机实现升力产生的重要装置，其原理与飞机的机翼相似。
旋翼上表面产生了较快的气流速度，下表面产生了较慢的气流速度，由于伯努利定律，产生了下表面的气压高于上表面，因此形成了向上的升力，从而使直升机能够在空中飞行。
其次，直升机的飞行涉及到马力的消耗。
旋翼的旋转需要马力的输入，主要是通过内燃机或者电动机转动旋翼，从而产生升力。
直升机飞行时，需要克服气流的阻力和重力的作用，因此需要马力来提供足够的推力。
在飞行过程中，直升机需要调整主旋翼叶片的迎角和旋翼的转速，以及尾旋翼的工作状态，以获得不同的飞行形态和速度。
此外，直升机的稳定性控制也是直升机飞行的重要方面。
直升机的稳定性主要通过以下几个方面来保证：1.放样。
即调整主旋翼的迎角和旋翼的转速，使得升力与重力平衡，保持飞行高度稳定。
2.塔臂平衡。
传统直升机通过塔臂实现重心的调整，通过调整塔臂长度和位置，使得直升机在飞行过程中保持稳定。
3.尾翼的设计。
尾旋翼产生的反扭力会使直升机旋转，为了抵消这个旋转力矩，需要通过尾翼进行控制。
尾翼可以变化其迎角和转动方向，以产生不同的力矩，从而控制直升机的稳定性。
总的来说，直升机的飞行原理和空气动力学基础主要涉及旋翼的升力产生、马力的消耗以及稳定性控制等方面。
通过合理地调整主旋翼和尾旋翼的工作状态和角度，以及驱动系统的输入，直升机能够实现悬停、飞行和各种飞行动作。
直升机的研究和发展对于航空事业的进步具有重要意义，它不仅广泛应用于军事领域，也被广泛运用于民用领域，如医疗救援、警务巡逻、旅游观光和货运等。
飞行原理 第二章飞机的低速空气动力2.3 阻力
飞机的低速空气动力
飞行原理/CAFUC
本章主要内容
2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理
第二章 第 2 页
飞行原理/CAFUC
2.3 阻力
飞行原理/CAFUC
阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反 的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法 稳定飞行。
第二章 第 44 页
●展弦比对诱导阻力的影响
升力系数不变
诱导阻力系数减少的百分比
第二章 第 45 页
机翼展弦比倒数
●高展弦比飞机
第二章 第 46 页
●空速大小对诱导阻力大小的影响
空速小，下洗角 大，诱导阻力大
阻力
诱导阻力
空速
空速大，下洗角 小，诱导阻力小
第二章 第 47 页
●翼梢小翼
第二章 第 48 页
无粘流动 沿物面法线方向速度一致
第二章 第 8 页
“附面层”
粘性流动 沿物面法线方向速度不一致
② 附面层的特点
I. 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主 流压强。
P1
P2
只要测出附面层边界主流的静压，便可得到物面各点的静 压，它使理想流体的结论有了现实意义。
第二章 第 9 页
II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。
PB PC ' PC
B C’ C
A
第二章 第 28 页
●影响压差阻力的因素
总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面 积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。
压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。
第二章 第 29 页
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空气的基本性质
㈢ 中间层
大气结构
平流层之上，到高于海平面50～85 km的一层为中间层。 含有大量的臭氧，气温随高度的增加而下降得很快，到顶 部气温降至160～190 K。下层气温比上层高，有利于空气 的垂直对流运动，又称为高空对流层或上对流层。中间层 顶部尚有水汽存在，可出现很薄且发光的“夜光云”，在 夏季的夜晚，高纬度地区偶尔能见到这种银白色的夜光云。
飞行环境对飞行器的飞行轨 迹、结构、元件、材料、飞行性 能以及作战效率等都有十分明显 的影响。
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空气的基本性质 地球
椭球体
半长轴(赤道半径) 6378.1 km
半短轴(极半径) 6356.8 km
质量
5.977×1021 t
运动 自转、公转
阿波罗飞船看到的地球
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地球升起在月球的地平线上 4
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空气的基本性质
对流层的特点：
大气结构
一、对流层包含了大气层质量 四分之三的大气，气 体 密度最大，大气压力也 最 高；
二、气温随高度升高而逐渐降 低；
三、空气上下对流剧烈，风向 风速经常变化；
四、有云、雨、雾、雪等天气 现象。
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空气的基本性质
㈡ 平流层
大气结构
第二章 低速空气动力学基础
一、空气的基本性质 二、低速气流的特性 三、机翼的外形参数 四、翼型的升力和阻力 五、机翼的三元效应 六、改善翼型形状对升力系数的影响
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空气的基本性质
定义：飞行器飞行时所处的环境
条件，称为飞行环境
如：大气、压强、密度、温度、 湿度、风、雨、雪、云、雾、…
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空气的基本性质
大气的物理性质
2、 连续性
在研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体分子 之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成是连续的 介质。这就是在空气动力学研究中常说的连续性假设。
3、 粘性
大气的粘性力是相邻大气层之间相互运动时产生 的牵扯作用力，即大气相邻流动层间出现滑动时产生 的摩擦力，也叫做大气的内摩擦力。 在常温下，水 的内摩擦系数为1.002×10-3 Pa·s，而空气的内摩 擦系数为1.81×10-5 Pa·s，其值仅是水的1.81％。
声速随着温度的变化而变化。在对流层中，气温随高度而 降低，声速也随着降低，在11 000 m，声速降低到 296 m/s。
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空气的基本性质
大气的物理性质
1、 大气的状态参数和状态方程
大气的状态参数是指压强P、温度T 和密度ρ 这三个参数。它们之间的关系 可以用气体状态方 程表示，即如右：
符号
单位
密度
ρ
kg/m3
温度
T
K
压强
p
Pa
声速
c(a)
m/s
粘度
μ
Pa·s
流动流体的物理量和参数
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空气的基本性质
中间层的特点：
大气结构
一、所含大气质量只占大气 总质量的 1/3000 左右；
二、气温随高度升高而下降；
三、含有大量的臭氧。
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空气的基本性质
㈣ 热层
大气结构
从中间层顶部到高出海平面800 km之间的一层称为热层，又叫 电离层。这一层空气密度很小，在700 km厚的气层中，只含有大气 总质量的0.5％。在120 km的高空，声波已难以传播；270 km高空， 大气密度只有地面的一百亿分之一，热层中气温很高，且随高度增 高而上升。在300 km高度上，气温高达1000℃以上。热层空气由于 直接受到太阳短波辐射，处于高度电离状态，所以这一层又叫做电 离层质
大气的物理性质
4、 可压缩性
流体是气体（如空气）和液体（如水）的统称。 流体可压缩性是指流体的压强改变时其密度和体积也改变的 性质。
当气流速度较小时，压强和密度变化很小，可以不考虑 大气可压缩性的影响。但当大气流动的速度较高时，压强和 速度的变化很明显，就必须考虑大气可压缩性。
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空气的基本性质
㈤ 散逸层
大气结构
热层顶界以上为散逸层，又叫外层。在此层内，空气极其稀薄， 又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断地向星际空间逃 逸。这层内的大气质量只有整个大气质量的10－11，大气外层的顶界 约为2000～3000 km的高度。
根据宇宙火箭探测资料表明，地球大气圈之外，还有一层极其 稀薄的电离气体，其高度可延伸到22000 km的高空，称之为地冕。 地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域，人们形象地把它比作 是地球的“帽子”。
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一般认为液体是不可压缩的，气体是可压缩的 17
空气的基本性质
大气的物理性质
5、 声速
声速是指声波在物体中传播的速度。 声速的大小和传播介 质有关。在水中的声速大约为1440米/秒；而在海平面标准状态 下，在空气中的声速仅为341米/秒。由此可知介质的可压缩性 越大，声速越小（如空气）；介质的可压缩性越小，声速越大 （如水）。
空气的基本性质
大气
垂直方向上特性变化显著
（密度、温度、压强、…）
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10km高度
ρ≈1/3 ρ0 p≈1/4 p0
100km高度
ρ≈ 4×10-7 ρ0 p≈ 3×10-7 p0
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空气的基本性质
大气结构
根据大气中温度随高度的变化， 可将大气层分为五层：根据大气中 温度随高度的变化，可将大气层分 为五层：
在对流层的顶部，直到 高于海平面约50km的这一层， 气流运动相当平稳，能见度 佳，平流层下端称同温层。 而且主要以水平运动为主， 故称为平流层。
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空气的基本性质
平流层的特点：
大气结构
一、平流层集中了全部大气质量 的四分之一不到的空气；
二、气温随高度的增加起初基本 保持不变（约为216K）,到 20～32km以上，气温升高较快， 到了平流层顶，气温升至 270～290 K。
㈠ 对流层
大 气
㈢ 中间层
的
㈡ 平流层
分
层
㈣ 热层
㈤ 散逸层
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大气层分布
空气的基本性质
㈠ 对流层
大气结构
大气中最低的一层， 受地面的影响最大。地 面附近的空气受热上升， 位于上面的冷空气下沉， 进而发生对流运动，对 流层赤道区16~18km,中 纬度区9~12km,南北极 7~8km; ¾的大气质量， 几乎全部的水汽，有天 气变化