航空航天概论第2章 飞行器飞行原理
飞行器工作原理
飞行器工作原理飞行器是一种能够在大气层中飞行的交通工具，它的工作原理是基于物理学和工程学的原理，包括空气动力学、力学和控制系统等多个方面。
本文将从这些方面详细介绍飞行器的工作原理。
一、空气动力学空气动力学是研究空气在物体表面上所产生的力学效应的学科。
在飞行器中，空气动力学起着重要的作用。
首先，飞行器受到气流的阻力，这个阻力的大小与飞行器的形状、速度和空气密度等因素有关。
其次，通过调整飞行器的控制面，如副翼、升降舵和方向舵等，可以改变飞行器所受到的气流的力的方向和大小，从而控制飞行器的飞行状态。
二、力学力学是研究物体运动和受力的学科。
在飞行器中，力学对于解释和分析飞行器的运动和受力状态至关重要。
需要考虑的力包括重力、升力、推力和阻力。
首先，重力是指地球对飞行器的吸引力，它的大小与飞行器和地球的质量有关。
其次，升力是指垂直向上的力，它可以通过产生气流上升的形式来支撑飞行器。
第三，推力是指飞行器发动机产生的作用力，它可以使飞行器前进或加速。
最后，阻力是指飞行器在飞行中所受到的阻碍力，它的大小与飞行器速度和空气密度等因素有关。
三、控制系统飞行器的控制系统用来操控和控制飞行器的飞行姿态和航向。
一般而言，飞行器的控制系统包括姿态控制和导航控制两个部分。
姿态控制是指控制飞行器在飞行中的旋转、俯仰和滚转等动作，这可以通过调整飞行器的控制面来实现。
导航控制是指控制飞行器的航向和飞行路径，这可以通过使用惯性导航系统、GPS和雷达等设备来实现。
四、飞行器类型根据不同的工作原理和应用范围，飞行器可以分为多种类型，包括飞机、直升机、无人机等。
飞机是一种固定翼的飞行器，它通过机翼产生升力和推力来进行飞行。
直升机是一种以旋翼产生升力和推力的飞行器，它可以在空中悬停和垂直起降。
无人机是指没有人员搭乘的飞行器，它可以通过遥控或预设程序进行飞行任务。
总结：飞行器的工作原理基于空气动力学、力学和控制系统等多个学科的原理。
通过调整飞行器的形状、控制面和飞行状态，可以实现飞行器的升力、推力和控制。
飞行器飞行的原理
飞行器飞行的原理
飞行器的飞行原理是基于两个主要的物理原理：升力和推力。
首先是升力原理。
根据伯努利定律，当气体在速度增加的情况下，气体的压力就会降低。
飞行器的翼面具有弯曲的形状，上表面比下表面更长。
当飞行器在空中运动时，空气在翼面上方流动得更快，而在翼面下方则流动得更慢。
这样，上表面的气压就会下降，而下表面的气压就会升高。
由于气压的差异，形成了一个向上的升力，使飞行器能够克服重力并在空中飞行。
其次是推力原理。
飞行器通常使用引擎产生推力。
推力是通过将气体或喷气排出尾部来实现的。
根据牛顿第三定律，当喷气排出时，反作用力会推动飞行器向前运动。
推力的大小取决于喷气速度和喷气量。
通过控制推力的大小和方向，飞行器可以改变速度和方向。
飞行器的飞行过程可以简单描述为下面几个步骤：首先，引擎产生推力，推动飞行器向前运动；同时，翼面形成升力，抵消重力；飞行器在空中保持平衡，并通过尾部的控制面板进行姿态的调整；最后，通过改变引擎的推力和控制面板的角度，飞行器可以改变速度和方向，实现所需的飞行路径。
综上所述，飞行器飞行的原理是通过升力和推力的相互作用来实现。
升力可以使飞行器克服重力，并在空中维持平衡。
推力则产生向前的动力，使飞行器能够飞行。
飞行器的工作原理
飞行器的工作原理飞行器以其独特的工作原理和设计，开启了人类的航空事业。
本文将详细介绍飞行器的工作原理，涵盖了重力、气动力、推进力以及控制力等关键要素。
一、引言飞行器是指能够在大气层内自由飞行的装置，包括了飞机、直升机、无人机等。
它们在我们的生活中扮演着重要的角色，提供了高速、高效、便捷的交通方式。
要理解飞行器的工作原理，我们需要了解几个基本概念和原理。
二、重力与升力重力是指地球对物体的吸引力，它是使飞行器垂直下落的力。
然而，飞行器能够克服重力并在空中飞行，这是因为它们产生了与重力相等而方向相反的力，即升力。
升力是通过机翼的形状和空气动力学原理产生的。
当飞行器的机翼在空气中运动时，它会产生一个向上的压力差，从而使飞行器受到一个向上的力。
三、气动力学原理气动力学是研究空气在物体表面上产生的力和运动的学科。
当飞行器在空中飞行时，空气会与其表面产生相互作用，产生升力和阻力。
升力已在上一节中介绍，而阻力是指空气对飞行器行进方向上的阻碍力。
飞行器需要克服阻力以保持在空中的稳定飞行。
四、推进力推进力是飞行器在空中前进的动力。
常见的飞行器使用的推进方法有以下几种：1.喷气发动机：喷气发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体，然后将其喷出以产生反作用力，推动飞行器向前飞行。
这种推进力十分强大，适用于大型飞机。
2.螺旋桨：螺旋桨通过旋转产生气流，推动飞行器向前运动。
它通常用于直升机和小型飞机，效率较高。
3.火箭推进器：火箭推进器是通过燃烧推进剂的高能燃料产生巨大的推力，将飞行器推入太空。
五、平衡与控制在飞行过程中，飞行器需要保持平衡和控制。
平衡是指飞行器保持稳定飞行的能力，而控制则是指调整飞行器的姿态和方向。
为了实现平衡和控制，飞行器通常配备了控制面（如副翼、升降舵、方向舵）和稳定系统（如陀螺仪和自动驾驶系统）。
六、结论飞行器的工作原理是一个综合性的系统工程，涉及了物理学、机械学、气动学等多个学科。
通过合理的设计和精确的控制，飞行器能够稳定、安全地飞行在空中。
第二章飞行环境及飞行原理
第二章飞行环境及飞行原理2.1 飞行环境飞行环境对飞行器的结构、材料、机载设备和飞行性能都有着非常重要的影响。
只有了解和掌握了飞行环境的变化规律，并设法克服或减少飞行环境对飞行器的影响，才能保证飞行器准确可靠的飞行。
飞行环境包括大气飞行环境和空间飞行环境。
2.1.1 大气环境大气是地球周围的一层气态物，包围地球的大气层是航空器惟一的飞行环境。
大气在地球引力作用下聚集在地球周围，大气层总质量的90％集中在离地球表面15 km高度以内，总质量的99．9％集中在地球表面50km 高度以内。
在2000 km高度以上，大气极其稀薄，并逐渐向行星际空间过渡。
大气层没有明显的上限，它的各种特性沿铅垂方向上变化很大，例如空气压强和密度都随高度增加而降低，而温度则随高度变化有很大差异。
在离地球表面10 km高度，压强约为海平面压强的1／4，空气密度只相当于海平面空气密度的1／3。
根据大气中温度随高度的变化，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层5个层次，大气层分布如图2-1所示。
1.对流层大气中最低的一层为对流层，其气温随高度增加而逐渐降低。
对流层的上界随地球纬度、季节的不同而变化。
就纬度而言，对流层上界在赤道地区平均为16—18 km；在中纬度地区平均为9～12km；在南北极地区平均为7～8km。
对流层的主要气象特点为：气温随高度升高而降低；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。
对流层是天气变化最复杂的一层，飞行中所遇到的各种天气变化几乎都出现在这一层中。
图2-1 大气层分布2.平流层平流层位于对流层的上面，其顶界约为50km。
在平流层大气主要是水平方向的流动，没有上下对流。
随着高度的增加，起初气温基本保持不变(约为216 K)；到20～32km以上，气温升高较快，到了平流层顶界，气温升至270～290 K。
平流层的这种气温分布特征同它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。
民航概论飞行基本原理
阻力相关资料
阻力名称
摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 激波阻力 其他阻力
典型飞机阻力构成
亚音速运 超音速战 单旋翼直
输机
斗机
升机
45%
23%
25%
40%
29%
25%
7%
6%
40%
3%
35%
5%
5%
7%
5%
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机升力的产生
2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题 1969年美国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的理查 德.惠特科姆运用理论方法设计出超临界翼型，特点是前缘 钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反凹，且后缘较薄并 向下弯曲。与普通翼型相比可提高临界马赫数0.06-0.1。
在飞机表面形成较大的速度梯度，从而产生的阻力。
99%v
Boundary lay er
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机升力的产生
2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力
压差阻力--空气绕流飞机时 前后形成的压力 差的阻力，它也 是由于粘性造成 的。如果没有粘 性，压力分布不 会造成这种阻力。
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机升力的产生
拉杆
升降舵上偏 附加向下升力
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机的飞行控制 3、飞机的操纵性—方向操纵性
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机的飞行控制 3、飞机的操纵性—横侧操纵性
1、飞机的平衡——俯仰平衡 绕 横 轴 （
OZ
轴
）
的
转
动
称
为
俯
获得俯仰平衡的条件 M Z 0
仰
第二章 第二节 飞行基本原理——飞机的飞行控制
1、飞机的平衡——方向平衡
第二章 航空飞行器基本飞行原理 第一节 飞行环境概述
——低速流动， ——亚音速流动， ——跨音速流动， ——超音速流动； ——高超音速流动。
流场
流体所占据的空间称为流场。 大气层就是一个很大的流场。
流体的流动参数（或运动参数）：
用以表征流体特性的物理量如速度、温度、压强、密度等。
定常流动与非定常流动
流场中任一点的任一个流动参数（如速度、压强、密度等）随时间而变化的流动 称为非定常流动。 流场中任一固定点的所有流动参数都不随时间而变化的流动称为定常流动。 有些非定常流动可以通过适当选择参考坐标系而变为定常流动， 因而不能看成是 真正的非定常流动。以飞机在静止空气中等速平飞的情况为例，在固连于地面的参考 坐标系中，空气的流动是非定常流动；在固连于飞机的参考坐标系中，空气的流动是 定常的。只有在飞机速度随时间而变化的情况下，对飞机的绕流才是真正的非定常流 动。 严格来讲，定常运动是不存在的。如果运动参数随时间变化十分缓慢，则至少在 一段时间内可近似认为运动参数不变--“准定常运动” 。
椭球体；自转；公转。 垂直方向上特性变化显著
以大气中温度随高度的分布为主要依据分层： 1. 对流层 空气的对流运动很明显， 全部大气约 3/4 质量，几乎全部的水汽， 天气变化最复杂，对飞行影响最重要。 各种天气现象几乎都出现在这一层中，如雷暴、浓雾、低云幕、雨、雪、大气湍 流、风切变等。 2. 平流层 气流比较平稳，垂直运动远比对流层弱，能见度较佳 平流层的下部——同温层 3. 中间层 从平流层顶（大约 50～55km）伸展到 80km 高度。 特点：气温随高度增加而下降，空气有相当强烈的垂直运动。 在这一层的顶部气温可低至 160～190K。 4. 热层 从中间层顶伸展到约 800km 高度。 空气密度很小，声波也难以传播。 气温随高度增加而上升。 另一个重要特征是空气处于高度电离状态。
《航空概论》第2章 飞机飞行的原理
第2章 飞机飞行的原理
2.1.2 流体的连续性假设和状态方程 流体是液体(如水)和气体(如空气)的总称。和固体不同，
流体没有自己确定的几何形状，它们的形状都仅仅取决于盛 装它们的容器形状。例如，把流体盛满在某容器内，它的形 状就取决于这个容器的几何形状。流体的这种容易流动(或 抗拒变形的能力很弱)的特性，为易流性。
第2章 飞机飞行的原理
试验表明，在水中的声速大约为1440 m/s (约5200 km/h)， 而在海平面的标准状态下，空气中的声速仅为341 m/s (约 1227 km/h)。由于水的可压缩性很小，而空气很容易被压缩， 所以可以推论：流体的可压缩性越大，声速越小；流体的可 压缩性越小，声速越大。在大气中，声速的计算公式为
第2章 飞机飞行的原理
流体的状态参数是指它的密度ρ，温度T，压力p(又称压
强)这三个参数，它们是影响流体运动规律最重要的物理量。
流体的密度ρ是指流体所占空间内，单位体积中包含的
质量。如流体的质量为m，占有的体积为V，则
，单
位是kg/m3。
流体的温度T是流体分子运动剧烈程度的指标，热力学
单位是K。以K为单位的绝对温度T与以℃为单位的摄氏温度
航空概论
第2章 飞机飞行的原理
2.1 流体流动的基本知识
2.1.1 飞行相对运动原理 飞行相对运动原理如图2-1所示。假设飞机是在静止的
大气中(无风情况下)作水平等速直线飞行的状态，一观察者 乘坐在高空气球(固定在空气中的某一位置)上描述这一飞行 状态，则飞机是以速度v∞向左飞行(见图2-1(a))，并将扰动 周围的空气使之产生运动，而运动起来的空气同时将在飞机 的外表面上产生空气动力。
第2章 飞机飞行的原理
图2-2 雷诺试验
航空航天概论飞行器飞行原理
航空航天概论飞行器飞行原理飞行器飞行原理是航空航天学科中最基础和核心的知识之一，对于掌握和理解飞行器的飞行原理非常重要。
飞行器的飞行原理涉及到多个学科领域，包括力学、流体力学、热力学等等。
下面将从气动力、动力学和航空航天发展历史三个方面来进行介绍。
首先，气动力是影响飞行器飞行的最主要因素之一、气动力学研究飞行器在空气中受到的各种力，如升力、阻力、侧向力和推力等。
其中最重要的是升力和阻力。
升力是指飞行器受到的垂直向上的力，使得飞行器能够克服重力，保持在空中飞行。
阻力是指飞行器受到的阻碍其运动的力，主要是空气的阻力。
飞行器在飞行过程中，必须通过引擎提供的推力来克服阻力，以维持速度和提供动力。
其次，动力学是飞行器飞行原理的另一个重要方面。
动力学研究飞行器在不同状态下的运动规律，包括姿态、滚转、俯仰和偏航等。
飞行器的姿态控制是保持和调整飞行器在飞行过程中的稳定姿态。
滚转是飞行器绕纵轴的旋转运动，俯仰是飞行器绕横轴的旋转运动，偏航是飞行器绕垂直轴的旋转运动。
动力学研究有助于优化飞行器的设计和控制，提高飞行器的稳定性和操纵性。
最后，航空航天发展历史是理解飞行器飞行原理的重要基础。
人类的航空航天梦想从古代开始，并在不同历史时期取得了重大突破。
著名的莱特兄弟是第一位成功实现人类驾驶飞机飞行的人，他们的飞行器采用了传统的固定翼设计，并利用了翼面产生的升力来实现飞行。
随后，航空航天技术得到了快速发展，并出现了各种类型的飞行器，如直升机、喷气式飞机和火箭等。
在航空航天发展历史上，人们逐渐深入探索飞行器飞行原理，通过不断的实验和研究，揭示了飞行器的飞行机理。
综上所述，飞行器飞行原理是航空航天学科中最核心的知识之一、它涉及到气动力学、动力学和航空航天发展历史等多个学科领域。
了解和掌握飞行器的飞行原理，对于优化设计和控制飞行器，提高飞行器的性能和安全性具有重要意义。
概论 2章飞机飞行的基本原理1、2、3
3.机翼的迎角
• 迎角：翼弦与相对气流速度之间的夹角。
• 相对气流方向指向机翼下表面，为正迎角； • 相对气流方向指向机翼上表面，为负迎角； • 相对气流方向与翼弦重合，迎角为零。
2.3.3 阻力
2.3.4 影响飞机升力和阻力的因素
该层内空气非常稀薄，质量仅占整个大气质量的 1/3000。
4.电离层
电离层位于中间层以上，上界离地面约800公里，其 特点是，空气密度极小，由于空气直接受到太阳短 波辐射，高度升高，气温迅速上升，并且空气具有 很大的导电性，故称电离层。由于温度较高。又称 暖层。
5.散逸层
散逸层是大气的最外层，它是地球大气的最外层， 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散逸，故 称散逸层。推算，散逸层离地球表面约2000一3000 公里。
迎角改变对机翼阻力的影响
• • • • • • • • • 低速飞行时包括：摩擦阻力、压差阻力和诱导 阻力。 ������ 迎角增大，摩擦阻力变化不大 ������ 迎角增大，压差阻力增大 ������ 迎角增大，诱导阻力增大，超过临界迎角， 迎角增大，升力降低，诱导阻力减小。 总体上，迎角增大，阻力增大；迎角越大，阻 力增加越多；超过临界迎角，阻力急剧增大。 简单说：迎角增大，阻力增大；迎角越大，阻力 增加越多；超过临界迎角，阻力急剧增大。
流管内流体的质量是守恒的。 通常所取的“流管”都是“细流管”。 细流管的截面积 S 0 ，就称为流线 。
2.2.3 连续性定理
描述了定常流动的流体任一流管中流体元在不同截面处的流 速 v 与截面积 S 的关系。 Δt S v
qm VA
航论-第二章第2节飞机的飞行原理
航论-第⼆章第2节飞机的飞⾏原理第⼆章民⽤航空器第⼆节飞机的飞⾏原理（⼀）课前复习1.轻于空⽓的航空器有哪些？2.按照⽤途不同，民⽤飞机可以分为？（⼆）新课教学⼀、⼤⽓层1.⼤⽓层的结构（1）对流程：位置：从海平⾯到对流层顶平均11千⽶，⾚道17千⽶左右，极地8千⽶左右特点：空⽓有⽔平流动和竖直流动，有⾬、云、雪、雹（2）平流层：位置：距海平⾯11千⽶以上，55千⽶以下特点：流动只有⽔平⽅向，⽆云、⾬、雪、冰雹（3）中间层（了解）（4）电离层（了解）（5）散逸层（了解）民⽤飞机的飞⾏范围：航空器⼀般在对流层和平流层下部飞⾏。
对⽆座舱增压的飞机和⼩型喷⽓式飞机⼀般在6000⽶以下的对流层飞⾏；对于⼤型和⾼速喷⽓式飞机装有增压装置，⼀般在7000⽶到13000⽶的对流层和平流层中飞⾏。
2.⼤⽓的物理性质物理性质包括：⼤⽓温度、⼤⽓密度、⼤⽓压⼒、⾳速。
（1）⼤⽓温度①定义：⼤⽓层内空⽓的温度，表⽰空⽓分⼦做热运动的剧烈程度。
②温度与⾼度的关系对流层：⾼度升⾼，温度线性下降，每升⾼1000⽶，温度下降 6.5℃。
平流层（同温层）：平流层底部，温度不随⾼度变化，约为-56℃。
（2）⼤⽓密度①定义：单位体积内⼤⽓的质量。
②⼤⽓密度与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓密度越⼩，空⽓越稀薄。
（3）⼤⽓压⼒①定义：指空⽓在单位⾯积上产⽣的压⼒。
②来源：A. 单位⾯积上⽅直到⼤⽓层顶部空⽓柱的重量。
B. 空⽓分⼦做⽆规则热运动产⽣的撞击⼒。
③⼤⽓压⼒与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓压⼒越⼩。
（4）⾳速①定义：声⾳在空⽓中的传播速度。
②⾳速与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓温度降低，⾳速降低。
（了解）3.标准⼤⽓压（1）国际标准⼤⽓压：⼤⽓被看做理想⽓体，以海平⾯⾼度为零，海平⾯上⼤⽓的温度为15℃，⼤⽓压为10×105pa ，密度为1.225kg/m 3，⾳速为340m/s 。
（2）作⽤：为了使飞⾏器的设计制造、性能⽐较有⼀个统⼀的标准。
飞行器的飞行原理(一)
2.2 流动气体的基本规律
2.2.1 相对运动原理
18
[补充概念]流线、流面、流管
流线(stream line)：流场中可以绘制出许多称为流线的 线，在每一流线的各点上，它的切线方向就是该点处流 体微团的流动速度方向。
流面：在流场中，取一条不是 流线的曲线 OS . 在同一瞬时通 过OS上所有点做流线，这些紧 密相连的流线构成一流动表面， 称为流面。 流管(stream tube)：在流场中 通过一条封闭曲线的所有流线 形成的管，且每一条流线与该 封闭曲线只有一个交点。
27
2.2.5 高速气流的流动特点
高速气流与低速气流最根本的区别在于高速气 流需要考虑空气的可压缩性。
对于超声速气流，若A2<A1,则ρ2>ρ1， v2<v1, 之，若A2>A1,则ρ2<ρ1， v2>v1, p2<p1。 p2>p1,反
v2<v1
28
在亚声速气流中，速度增加得较快，密度减小 得较慢，速度变化的影响占主导地位；而在超声 速气流中，流速增加得慢而密度减小得快，空气 密度的位时间内流过流管横 截面的流体质量称为流 量。
qm vA
qm为 流体的流量， ρ为
流体的密度 ， v 为流速 ， A 为流管的横截面积。
20
2.2.2 流体流动的连续性定理
qm,1 qm,2 qm,3
对于不可压缩流体
v1 A1 v2 A2 v3 A3 常数
23
补充知识：定常流动(steady flow)与 非定常流动(unsteady flow)
在流场的任一点处，如流体微团的速度、密度和压力等随时 间变化，称为非定常流动；反之称为定常流动。
航空航天概论第2,3,5章总结
第一章第二章飞行环境及飞行原理2.1 飞行环境大气环境根据大气中温度随高度的变化可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
1.对流层：大气中最低的一层，特点是其温度随高度增加而逐渐降低。
（0 ～18公里）2.平流层：位于对流层的上面，特点是该层中的大气主要是水平方向流动，没有上下对流。
（18～50公里）3、中间层：中间层为离地球50到80公里的一层。
在该层内，气温随高度升高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动.4.热层：该层空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，空气处于高度电离状态，温度又随高度增加而上升。
（80～800公里）5.散逸层：散逸层是大气层的最外层。
在此层内，空气极其稀薄，又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断向星际空间逃逸。
空间环境空间飞行环境主要是指真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子和微流星体等所形成的飞行环境。
（空间飞行器处于地球磁场之外，因此容易受到太阳风等因素的影响）。
为了准确描述飞行器的飞行性能，必须建立一个统一的标准，即标准大气。
目前我国所采用的国际标准大气，是一种“模式大气”。
它依据实测资料，用简化方程近似地表示大气温度、密度和压强等参数的平均铅垂分布，并将计算结果排列成表，形成国际标准大气表。
大气的物理性质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P=ρRT。
航空器在空中的飞行必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力。
根据产生升力的基本原理不同，航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。
大气的物理性质：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。
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。
航空航天技术概论第二章 飞行环境及飞行原理
Ma v a
飞行器飞行速度越大，Ma 就越大， 飞行器前面的空气 就压缩得越厉害， 故马赫数的大小可作为判断空气受到压 缩程度的指标。
根据马赫数的大小，飞行器的飞 行速度可划分如下区域：
Ma<0.4, 为低速飞行； 0.4<Ma<0.85, 为亚声速飞行； 0.85<Ma<1.3, 为跨声速飞行； 1.3<Ma<5.0, 为超声速飞行；
Ma>5.0， 为高超声速飞行。
2.2 流动气体的基本规律
2.2.1 相对运动原理 实际飞行：飞机以一定速度在空气中运动。 实验研究和理论分析：飞机静止不动，空气
以相同的速度沿相反速度流过飞机表面。
上述两种情况所产生的空气动力效果相同， 如图2.1和图2-4。
相对运动原理
2.2.2 流体流动的连续性定理 当气体稳定地、连续不断地流过一个粗细不等的
密度和体积改变的性质。
5、声波与声速 声波：是一个振动的声源在介质中传播时产
生的疏密波。 声速：是指声波在介质中传播的速度，声速
的大小与传播介质有关。 空气中341m/s，水中1440m/s,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）。
6、马赫数 马赫数：用来衡量空气的被压缩程
第二章 飞行环境及飞行原理
第2章 飞行环境及飞行原理
2.1 飞行环境 2.2 流动气体的基本规律 2.3 飞机上的空气作用及原理 2.4 高速飞行特点 2.5 飞机的飞行性能及稳定性和操作性 2.6 直升机的飞行原理 2.7 航天器飞行原理
2.1 飞行环境
2.1.1大气环境 大气：地球周围的一层气态物，是航空器唯一
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2.2.1空气流动基本规律
2、连续性定理
• 当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的变截 面管道时，在管道粗的地方流速比较慢，在管道细 的地方流速比较快。这是由于管道中任一部分的流 体不能中断也不能堆积，因此在同一时间，流进任 一截面的流体质量和从另一截面的流出的流体质量 应该相等。这就是质量守恒定律。
2.1.2 大气的物理特性与标准大气
2、标准大气 • 前面所述的大气物理性质是随着所在地理位置、 季节和高度而变化的，这样就使得航空器上产生 的空气动力也发生变化，从而使飞行性能发生变 化。为了在进行航空器设计、试验和分析时所用 大气物理参数不因地而异，必须建立一个统一的 标准，即所谓的标准大气。 • 国际标准大气的规定：（1）大气被看成完全气体， 即服从状态方程。（2）以海平面的高度为零。在 海平面上，大气的标准状态为：气温t=15℃；压 强p=1 atm；密度ρ=1.2250kg/m3；声速 c=314m/s。具体的数据可以查《国际标准大气简 表》。
线与翼弦的交点叫压力中心。
3、作用在飞机上的空气动力
机翼表面的压力分布
• 机翼表面上各个点的压力大小，可以用箭头长短来表示如图。箭头方向朝外，表示比
大气压力低的吸力或叫负压力；箭头指向机翼表面，表示比大气压力高的正压力，简
称压力。
把各个箭头的外端 用平滑的曲线连接
起来，这就是用向
量表的机翼压力 分布图。图上吸力
2、翼形几何外型的参数
翼型：用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面，称为翼剖面，简称翼型。 中弧线：翼型厚度中点的连线 弯度分布：有厚度的非对称翼，构造非对称翼型的“骨架”，称为中弧线的弯板，
它的高度yf的分布（即中弧线方程）称为弯度分布。 相对厚度：翼型最大厚度（ Tmax ）与翼型弦长（c）的比值Tmax /c
D b
1、翼形平面几何参数
e c’0 e
Λ0
c0
c1
翼型：用平行于对称平面的切平面 切割机翼所得的剖面，称为 D b 翼剖面，简称翼型。
2、翼形几何外型的参数
翼型：用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面，称为翼剖面，简称翼型。 几何弦长c：连接翼型的前缘点(x=0)和后缘点(x=c)的直线长度。 翼型厚度(t)：指上下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者称为最大厚度Tmax 厚度分布(yt)：在弦向任一位置x处，翼型的厚度t=yu-yl=2yu，用yt=t/2表示翼型厚度分布 前缘半径(rl)： 翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径 后缘角(τ)：翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角 弦线、弦长(c)：连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长。 弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。 y rl O yl yu c τ x
相对弯度（f）：翼型最大弯度（ fmax ）与翼型弦长（c）的比值，f= fmax/c
y
yf x yl
O
c
3、作用在飞机上的空气动力
空气动力：空气流过物体或物体在空气中运动时，空气对物
体的作用力。飞机上的空气动力R包括升力Y和阻力Q两部分。
（1）升力
空气流过机翼的流线谱如图， 这样机翼上、下表面产生压力 差。垂直于相对气流方向的压 力差的总和，就是升力。 机 翼升力的着眼点，即升力作用
2.2 航空器飞行原理
掌握空气流动规律是理解航空器飞行原理的关键 2.2.1空气流动基本规律—1、相对运动原理
重于空气的飞机，是靠 飞机与空气作相对运动 时所产生的空气动力， 克服自身的重力而升空 的。没有飞行速度，在 飞机上就不会产生空气 动力。空气动力的产生 是空气和飞机之间有了 相对运动的结果。
用“-”表示，压力用
“+”表示。
3、作用在飞机上的空气动力
机翼的迎角
• 相对气流与机翼之间的相对位置，用迎角表示如图。迎角α ：翼弦与相对气流方向所夹 的角叫迎角。相对气流方向指向机翼上表面，为负迎角；相对气流方向与翼弦重合，迎 角为零。飞行中，飞行员可通过前后移动驾驶盘来改变迎角的大小或者正负。正常飞行 中经常使用的是正迎角。
截面积成反比。但在高速流动时恰好相反。
dA dv 2 Ma 1 A v
在超音速流动中，流动的截面积增大，流动速度也变大。
流速与截面积的关系
拉瓦尔喷管
高速流动的流量方程
典型收敛-扩张喷管，也叫拉瓦尔喷管， 绿色代表亚音速，黄色正好为音速，红 色为超音速
2.2.2飞机飞行原理
• 从空气动力角度看，飞机的几何外型由机翼 、机 身和尾翼（分水平尾翼和垂直尾翼）等主要部件 的外型共同构成。 • 机翼是产生升力和阻力的主要部件。作用于机翼 上的空气动力情况与飞机的性能密切相关，而机 翼的空气动力特性受到机翼外型的影响。机翼的 几何外型可以分为机翼平面几何形状和翼剖面几 何形状。
2.2.1空气流动基本规律
• 单位时间内流过截面的流体质量，即质量流量qm: • qm=ρvA ρ 流体密度，kg/m3； v 流体流速，m/s ； A 所取截面面积，m2； • 单位时间内通过截面A-A和B-B的流体的质量流量 应相等 qm1=qm2=常数 ρ1v1A1＝ρ2v2A2＝常数 这就是质量方程或连续方程。
2.1 飞行器飞行环境
飞行环境对飞行器的结构、材料、机载设备和飞行性能都有 着非常重要的影响。只有了解和掌握了飞行环境的变化规律， 并设法克服或减少飞行环境对飞行器的影响，才能保证飞行 器飞行的准确性和可靠性。这里所指的飞行环境包括地球表 面的大气层和地球大气层以外的宇宙空间。
大气结构图
2.1.1 大气层
1、翼形几何外型的参数
1、翼形几何外型的参数
1、翼形几何外型的参数
1、翼形平面几何参数
翼展长b：表征机翼邹游翼稍之间最大的横向距离。
外露根弦长c0和翼稍弦长c1
前缘后掠角Λ0：机翼前缘线同垂直于翼根 对称面的直线之间的夹角。 毛翼根弦长c’0：沿前缘与后缘线作延长线与 机身中心线相交时所得长度。 Λ0 c’0 几何平均弦长cG ：cG=(c0+c1)/2
2.1.1 大气层
2、平流层 • 平流层位于对流层的上面，其顶界约为50km。在 平流层大气主要是水平方向的流动，没有上下对 流。随着高度的增加，起初气温基本保持不变(约 为216 K)；到20～32km以上，气温升高较快， 到了平流层顶界，气温升至270～290 K。平流层 的这种气温分布特征同它受地面影响较小和存在 大量臭氧有关。平流层的主要特点是空气沿铅垂 方向的运动较弱，因而气流比较平稳，能见度较 好。 • 飞行器的飞行的理想环境是对流层和平流层。
2.1.1 大气层
3、中间层
• 中间层为离地球表面50～85km的一层。在这一层内，气温随高度升 高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。当高度升到80 km 左右时气温降到160～190 K。该层内空气非常稀薄，质量仅占整个大 气质量的1/3000。
4、电离层
• 从中间层顶界到离地平面800km之间的一层称为电离层也叫热层。在 此层内，空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，所以温度 随着高度增加而上升。同时空气处于高度电离状态，因此带有很强的 导电性，能吸收、发射和折射无线电波。这对远距离无线电通信起着 很大的作用。
第2章 飞行器飞行原理
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
飞行环境 航空器飞行基本原理 火箭与导弹飞行原理 高速飞机的特点 航天器飞行基本原理
第2章 飞行器飞行原理
飞行器为什么能够在天上自由地飞行而不会掉下来呢？通 过学习飞行器飞行的基本原理可以解答这个问题。 从力学的观点，阻碍飞行器飞行的力有两种： 一是地球的引力---试图将飞行器拉回地面 二是空气的阻力---试图阻碍飞行器向前运动 克服阻碍的方法不同： 航空器---借助空气产生的升力来克服地球的引力，依靠发 动机推力克服空气的阻力； 航天器---依靠惯性离心力克服地球的引力，依靠反作用力 克服空气阻力。
1、对流层
• 大气中最低的一层为对流层，其气温随高度增加而逐渐降低。对流层 的上界随地球纬度、季节的不同而变化。就纬度而言，对流层上界在 赤道地区平均为16—18 km；在中纬度地区平均为9～12km；在南北极 地区平均为7～8km。
对流层的特点
• （1）气温随高度升高而降低 • 在对流层内，平均每升高100m气温下降0.65℃，所以又叫变温层。 该层的气温主要靠地面辐射太阳的热能而加热，所以地面的温度高。 • （2）有云、雨、雾、雪等天气现象 • 地球上的水受太阳照射而蒸发，使大气中聚集大量的各种形态的水 蒸汽。同时由于气温的变化就会有云、雨、雾、雪等天气现象的产生。 • （3） 空气上下对流激烈 • 由于地面的地形和地貌的不同，因此造成垂直方向和水平方向的风， 即空气发生大量的对流。
4、低速和高速管道流动的特点
气流特性是指空气在流动中各点的速度、压力和密度等参数的变化规律。而稳定气 流是指空气在流动时，空间各点上的参数不随时间而变化。反之就是不稳定气流。
在稳 定气 流中， 空气 微团 流动 的路 线叫 做流 线
由流 线所 组成 的管 道叫 做流 管
高速流动的流量方程
不可压缩流动的流体在低速流动时，体积流量守恒，流速与
5、散逸层
•
热层顶界以上为散逸层，它是地球大气的最外层。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是整个大气质量的10-11。大气外层的 顶界约为2000～3000km的高度。
2.1.2 大气的物理特性与标准大气
1、大气的物理特性 (1)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。但飞行器所处的飞行环境为高 空大气层和外层空间，空气分子间的平均自由行 程很大，气体分子的自由行程大约与飞行器的外 形尺寸在同一数量级甚至更大，在此情况下，大 气就不能看成是连续介质了。 (2)压强 • 大气的压强是指物体的单位面积上所承受的大 气的法向作用力的大小。