飞行器飞行原理演示幻灯片
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航空器的飞行环境主要是对流 层和平流层。
臭氧层吸收太阳紫外线
地面辐射热量
90%大气质量 99.9%大气质量 航空器飞行环境
国际空间站平均 高度360公里
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2.1 飞行环境
2.1.1 大气的物理性质
1. 大气的状态由参数 p，，T 确定，
其关系由状态方程表示： p RT
2. 连续性
3. 黏性
大气相邻流动层间产生的摩擦力。不同的流体黏性不同，黏性大小 用内摩擦系数衡量。
流体黏性和温度有关，气体温度升高，黏性增大。液体相反。
4. 可压缩性
当气体的压强改变时，其密度和体积也改变，为气体可压缩性。 5. 声速
振动的声源在介质中传播时产生的疏密波。空气中约为340m/s。介
质可压缩性越大，声速越小。
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2.1 飞行环境
6. 国际标准大气 飞行器飞行性能和大气物理状态有关，而大气物理状态与其地理位置、
2.Байду номын сангаас伯努利定理（1738年）
伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用。伯努利定 理描述了流体在流动过程中流体压强和速度之间的流动关系。
丹尼尔·伯努利
不可压缩 理想流体 的伯努力 方程
连续性定理和伯努力方程是分析和研究飞机上空气动力产生的物理原因及
其变化规律的基本定理。
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2.2 气体流动基本规律
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2.2 气体流动基本规律
2.3 飞机飞行原理
1. 机翼升力的产生
前缘
后缘
空气动力作用点
翼弦
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2.3 飞机飞行原理
升力的大小与翼型形状和迎角大小有很大关系。不对称的流线型翼 型在迎角为零时仍可产生升力。
在一定范围内，迎角大，升力大。 当迎角达到一定程度，气流会从机翼前缘开始分离，尾部出现很大的 涡流区，致使升力突然下降，阻力迅速增大，出现失速。 临界迎角：失速刚出现时的迎角。
要使气流由亚声速加速到超声速，除了沿气流方向要 有一定的压力差外，还应具有一定的管道形状，即先收缩 后扩张的拉瓦尔管形状。
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2.2 气体流动基本规律
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2.2 气体流动基本规律
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2.3 飞机飞行原理
作用在飞机上的空气动力包括升力和阻力。
2.3.1 平板上的空气动力
1. 平板剖面与相对气流夹角为零 无垂直于气流的升力。 2. 平板剖面与相对气流夹角为90度
3. 低速气流和高速气流的流动特点
（1）低速气流特点 流动过程中近似认为不可压缩。管道收缩速度增大，静压减小。
（2）高速气流特点 高速飞行中，气流速度变化引起空气密度发生变化，从而引起空
气动力发生变化，必须考虑空气的可压缩性。特别对于高速气流。 空气可压缩性和空气密度和施加的空气压力有关。空气的密度和
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2.3 飞机飞行原理
3. 平板剖面与相对气流速度成一定夹角
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2.3 飞机飞行原理
2.3.2 机翼升力的产生和增升装置
翼型的定义：
16
2.3 飞机飞行原理
翼型按速度分：
翼型按形状分：
17
2.3 飞机飞行原理
翼型几何参数：
翼弦：前缘和后缘之间的连线。 迎角：翼弦与相对气流速度之间的夹角。
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2.2 气体流动基本规律
超声速气流在变截面管道中流动情况和低速气流相反。 收缩管道超声速气流减速、增压；扩张形管道使超声速气 流增速、减压。
原因：截面积变化引起的密度的变化比截面积变化引 起速度的变化快得多，密度变化占主导地位。
总之，在亚声速气流中，流速增大，管道截面面积必 然减小；而在超声速气流中，随着流速增大，，管道截面 面积必然增大。
（4）机翼剖面形状和迎角的影响
机翼剖面形状和迎角不同，产生的升力也不同，其影响通过升力
系数体现。升力系数起初随迎角增大而增大，但当迎角达到一定值后，
会骤降，出现失速。
综合各项因素，升力公式为：
Y
1 2
Cyv2S
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2.3 飞机飞行原理
3. 增升装置 （1）改变机翼剖面形状，增大机翼弯度； （2）增大机翼面积； （3）改变气流动的流动状态，控制机翼上的附面层， 延缓气流分离；
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2.2 气体流动基本规律
2.2.2. 连续性定理和伯努力定理
1. 流体流动的连续性定理 可压缩流体沿管道流动的连续性方程
1v1A1 2v2 A2 L 常数
不可压缩流体沿管道流动的连续性方程
v1A1 v2 A2 L 常数
不可压缩流体流过 管道时，流速与截 面面积成反比
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2.2 气体流动基本规律
飞机不应以接近或大于临界迎角的状态飞行。
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2.3 飞机飞行原理
2. 影响飞机升力的因素
（1）机翼面积的影响机翼
机翼面积应包括同机翼相连的部分面积。升力与机翼面积成正比。
（2）相对速度的影响
速度越大，空气动力越大，机翼上产生的升力也越大。升力与相 对速度的平方成正比。
（3）空气密度的影响
升力大小与空气密度成正比。
声速有关，施加于空气的压力与在空气中运动的物体速度有关，速度 越大，施加给空气的压力越大。
衡量空气被压缩的程度用马赫数（Ma）表示： Ma v a
低速： Ma 0.4; 亚声速： 0.4 Ma 0.85； 跨声速： 0.85 Ma 1.3 超声速： 1.3 Ma 5.0； 高超声速： Ma>5.0
地球空间环境、 行星际空间环境和 恒星际空间环境
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2.2 气体流动基本规律
气体流过物体时其物理量的变化规律与作用在物体上 的空气动力有密切关系。 2.2.1 相对运动原理
飞机产生的空气动力与飞机和空气间的相对运动速度有很大关系。 空气相对飞机的运动称为相对气流。相对气流的方向与飞机运动方向 相反。只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。将飞机的 飞行转换为空气的流动，使空气动力问题的研究得到简化。
《航空航天概论》
第二章 飞行器飞行原理
厦门大学航空航天学院
1
2.1 飞行环境
飞行环境包括大气环境和空间环境
2000～3000公里
大气外层顶界
2.1.1 大气环境 1. 对流层
哈勃太空望远镜平 均轨道高度569公里
太阳短波辐射
2. 平流层
3. 中间层（高空对流层） 4. 热层
平流层热量
5. 散逸层（外大气层）
季节和高度相关。为对飞行器的性能进行研究和对比，目前我国采用的国 际标准大气。
大气被看成完全气体，服从气体状态方程；以海平面高度为零高度。 在海平面状态为：气温15度，压强为一个标准大气压，密度为1.225kg/m2， 声速为341m/s。
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2.1 飞行环境
7. 空间环境 真空、电磁辐
射、高能粒子辐射、 等离子体和微流星 体组成的飞行环境， 是航天器的主要环 境。
臭氧层吸收太阳紫外线
地面辐射热量
90%大气质量 99.9%大气质量 航空器飞行环境
国际空间站平均 高度360公里
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2.1 飞行环境
2.1.1 大气的物理性质
1. 大气的状态由参数 p，，T 确定，
其关系由状态方程表示： p RT
2. 连续性
3. 黏性
大气相邻流动层间产生的摩擦力。不同的流体黏性不同，黏性大小 用内摩擦系数衡量。
流体黏性和温度有关，气体温度升高，黏性增大。液体相反。
4. 可压缩性
当气体的压强改变时，其密度和体积也改变，为气体可压缩性。 5. 声速
振动的声源在介质中传播时产生的疏密波。空气中约为340m/s。介
质可压缩性越大，声速越小。
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2.1 飞行环境
6. 国际标准大气 飞行器飞行性能和大气物理状态有关，而大气物理状态与其地理位置、
2.Байду номын сангаас伯努利定理（1738年）
伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用。伯努利定 理描述了流体在流动过程中流体压强和速度之间的流动关系。
丹尼尔·伯努利
不可压缩 理想流体 的伯努力 方程
连续性定理和伯努力方程是分析和研究飞机上空气动力产生的物理原因及
其变化规律的基本定理。
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2.2 气体流动基本规律
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2.2 气体流动基本规律
2.3 飞机飞行原理
1. 机翼升力的产生
前缘
后缘
空气动力作用点
翼弦
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2.3 飞机飞行原理
升力的大小与翼型形状和迎角大小有很大关系。不对称的流线型翼 型在迎角为零时仍可产生升力。
在一定范围内，迎角大，升力大。 当迎角达到一定程度，气流会从机翼前缘开始分离，尾部出现很大的 涡流区，致使升力突然下降，阻力迅速增大，出现失速。 临界迎角：失速刚出现时的迎角。
要使气流由亚声速加速到超声速，除了沿气流方向要 有一定的压力差外，还应具有一定的管道形状，即先收缩 后扩张的拉瓦尔管形状。
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2.2 气体流动基本规律
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2.2 气体流动基本规律
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2.3 飞机飞行原理
作用在飞机上的空气动力包括升力和阻力。
2.3.1 平板上的空气动力
1. 平板剖面与相对气流夹角为零 无垂直于气流的升力。 2. 平板剖面与相对气流夹角为90度
3. 低速气流和高速气流的流动特点
（1）低速气流特点 流动过程中近似认为不可压缩。管道收缩速度增大，静压减小。
（2）高速气流特点 高速飞行中，气流速度变化引起空气密度发生变化，从而引起空
气动力发生变化，必须考虑空气的可压缩性。特别对于高速气流。 空气可压缩性和空气密度和施加的空气压力有关。空气的密度和
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2.3 飞机飞行原理
3. 平板剖面与相对气流速度成一定夹角
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2.3 飞机飞行原理
2.3.2 机翼升力的产生和增升装置
翼型的定义：
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2.3 飞机飞行原理
翼型按速度分：
翼型按形状分：
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2.3 飞机飞行原理
翼型几何参数：
翼弦：前缘和后缘之间的连线。 迎角：翼弦与相对气流速度之间的夹角。
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2.2 气体流动基本规律
超声速气流在变截面管道中流动情况和低速气流相反。 收缩管道超声速气流减速、增压；扩张形管道使超声速气 流增速、减压。
原因：截面积变化引起的密度的变化比截面积变化引 起速度的变化快得多，密度变化占主导地位。
总之，在亚声速气流中，流速增大，管道截面面积必 然减小；而在超声速气流中，随着流速增大，，管道截面 面积必然增大。
（4）机翼剖面形状和迎角的影响
机翼剖面形状和迎角不同，产生的升力也不同，其影响通过升力
系数体现。升力系数起初随迎角增大而增大，但当迎角达到一定值后，
会骤降，出现失速。
综合各项因素，升力公式为：
Y
1 2
Cyv2S
21
2.3 飞机飞行原理
3. 增升装置 （1）改变机翼剖面形状，增大机翼弯度； （2）增大机翼面积； （3）改变气流动的流动状态，控制机翼上的附面层， 延缓气流分离；
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2.2 气体流动基本规律
2.2.2. 连续性定理和伯努力定理
1. 流体流动的连续性定理 可压缩流体沿管道流动的连续性方程
1v1A1 2v2 A2 L 常数
不可压缩流体沿管道流动的连续性方程
v1A1 v2 A2 L 常数
不可压缩流体流过 管道时，流速与截 面面积成反比
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2.2 气体流动基本规律
飞机不应以接近或大于临界迎角的状态飞行。
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2.3 飞机飞行原理
2. 影响飞机升力的因素
（1）机翼面积的影响机翼
机翼面积应包括同机翼相连的部分面积。升力与机翼面积成正比。
（2）相对速度的影响
速度越大，空气动力越大，机翼上产生的升力也越大。升力与相 对速度的平方成正比。
（3）空气密度的影响
升力大小与空气密度成正比。
声速有关，施加于空气的压力与在空气中运动的物体速度有关，速度 越大，施加给空气的压力越大。
衡量空气被压缩的程度用马赫数（Ma）表示： Ma v a
低速： Ma 0.4; 亚声速： 0.4 Ma 0.85； 跨声速： 0.85 Ma 1.3 超声速： 1.3 Ma 5.0； 高超声速： Ma>5.0
地球空间环境、 行星际空间环境和 恒星际空间环境
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2.2 气体流动基本规律
气体流过物体时其物理量的变化规律与作用在物体上 的空气动力有密切关系。 2.2.1 相对运动原理
飞机产生的空气动力与飞机和空气间的相对运动速度有很大关系。 空气相对飞机的运动称为相对气流。相对气流的方向与飞机运动方向 相反。只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。将飞机的 飞行转换为空气的流动，使空气动力问题的研究得到简化。
《航空航天概论》
第二章 飞行器飞行原理
厦门大学航空航天学院
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2.1 飞行环境
飞行环境包括大气环境和空间环境
2000～3000公里
大气外层顶界
2.1.1 大气环境 1. 对流层
哈勃太空望远镜平 均轨道高度569公里
太阳短波辐射
2. 平流层
3. 中间层（高空对流层） 4. 热层
平流层热量
5. 散逸层（外大气层）
季节和高度相关。为对飞行器的性能进行研究和对比，目前我国采用的国 际标准大气。
大气被看成完全气体，服从气体状态方程；以海平面高度为零高度。 在海平面状态为：气温15度，压强为一个标准大气压，密度为1.225kg/m2， 声速为341m/s。
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2.1 飞行环境
7. 空间环境 真空、电磁辐
射、高能粒子辐射、 等离子体和微流星 体组成的飞行环境， 是航天器的主要环 境。