飞行原理与性能解答题

飞机和大气的一般介绍1. 请解释下列术语：（1）相对厚度（厚弦比）（2）相对弯度（中弧曲度）（3）展弦比（4）后掠角正确答案: （1）翼型最大厚度与弦长的比值，用百分比表示；（2）最大弧高与翼弦的比值，用百分比表示；（3）机翼翼展与平均弦长的比值；（4）机翼四分之一弦线与机身纵轴垂直线之间的夹角。

2. 请叙述国际标准大气规定。

正确答案: 国际标准大气（International Standard Atmosphere），简称ISA，就是人为地规定一个不变的大气环境，包括大气压温度、密度、气压等随高度变化的关系，得出统一的数据，作为计算和试验飞机的统一标准。

国际标准大气由国际民航组织ICAO制定，它是以北半球中纬度地区大气物理特性的平均值为依据，加以适当修订而建立的。

3. 实际大气与国际标准大气如何换算？正确答案: 确定实际大气与国际标准大气的温度偏差，即ISA偏差，ISA偏差是指确定地点的实际温度与该处ISA标准温度的差值，常用于飞行活动中确定飞机性能的基本已知条件。

飞机的低速空气动力学 1. 解释迎角的含义正确答案: 相对气流方向与翼弦之间的夹角，称为迎角。

2. 说明流线、流管、流线谱的特点。

正确答案: 流线的特点：该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。

流线每点上的流体微团只有一个运动方向。

流线不可能相交，不可能分叉。

流管的特点：流管表面是由流线所围成，因此流体不能穿出或穿入流管表面。

这样，流管好像刚体管壁一样把流体运动局限在流管之内或流管之外。

流线谱的特点：流线谱的形状与流动速度无关。

物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。

物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。

气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压，流管收缩变细。

气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。

3. 利用连续性定理说明流管截面积变化与气流速度变化的关系。

正确答案: 当流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量始终相等。

因此，当流管横截面积减小时，流管收缩，流速增大；当流管横截面积增大时，流管扩张，流速增大。

4. 说明伯努利方程中各项参数的物理意义。

并利用伯努利定理说明气流速度变化与气流压强变化的关系。

正确答案: 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。

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。

总压（全压），它是动压和静压之和。

总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。

气流速度增加，动压增加，为了保持总压不变，气流压强即静压必需减小。

5. 解释下列术语（1）升力系数（2）压力中心正确答案: （1）升力系数与机翼形状、机翼压力分布有关，它综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。

（2）机翼升力的着力点，称为压力中心。

6. 机翼的升力是如何产生的？利用翼型的压力分布图说明翼型各部分对升力的贡献。

正确答案: 在机翼上表面的压强低于大气压，对机翼产生吸力；在机翼下表面的压强高于大气压，对机翼产生压力。

由上下表面的压力差，产生了垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。

机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。

7. 写出飞机的升力公式，并说明公式各个参数的物理意义。

正确答案: 飞机的升力系数，飞机的飞行动压，机翼的面积。

8. 解释下列术语（1）阻力系数（2）分离点正确答案: （1）阻力系数与机翼形状、机翼压力分布有关，它综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机阻力的影响。

（2）附面层内的气流发生倒流，开始脱离物体表面的点称为分离点。

9. 附面层是如何形成的？附面层内沿物面的法线方向气流的速度和压强变化各有何特点？正确答案: 空气流过机翼时，由于空气本身具有粘性，导致紧贴机翼表面的一层空气的速度恒等于零，同时该层空气又作用于其上一层空气并使其减速。

机翼表面对空气的影响由于粘性的作用就这样一层一层传递开去并逐渐减弱为零，从而形成的很薄的空气流动层，就好像粘在机翼表面一样。

附面层内，沿机翼物面的法线方向，气流速度从物面处速度为零逐渐增加到99%主流速度，并且速度呈抛物线型分布；而气流压强不发生变化，等于法线方向的主流压强。

10. 附面层气流分离是如何产生的？涡流区的压强有何特点？正确答案: 附面层分离的内因是空气具有粘性，外因是物体表面弯曲形成的逆压梯度。

在顺压梯度段，虽然附面层内空气粘性使气流减速，但是顺压使得附面层内气流加速的影响更大，气流仍然加速流动；进入逆压梯度段以后，在粘性和逆压共同作用下气流减速并出现倒流。

倒流而上的气流与顺流而下的气流相遇后，使附面层气流拱起并脱离机翼表面被主流卷走，于是形成大的漩涡使附面层气流产生分离。

涡流区内各处的压强几乎相等，并且等于分离点的速度。

11. 飞机的摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力是如何产生的？正确答案: 由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零，根据作用力与反作用力定律，飞机必然受到空气的反作用。

这个反作用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。

空气与飞机的接触面积越大，摩擦阻力越大；飞机表面粗糙度越大，摩擦阻力越大。

绕流飞机的气流受粘性和逆压梯度的影响，在机翼的后缘部分产生附面层分离，形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而产生压差阻力。

飞机飞行时，迎角越大，气流分离点越靠前，压差阻力越大。

当气流流过飞机的各个部件结合部时，如：机翼、机身；在结合部中段，由于机翼和机身表面都向外凸出，流管收缩，流速加快，压强降低；在结合部后段，由于机翼和机身表面都向内弯曲，流管扩张，流速减小，压强增大；导致结合部逆压梯度增大，促使气流分离点前移，涡流区扩大，产生额外的干扰阻力。

结合部之间过渡越突兀，干扰阻力越大。

12. 飞机的诱导阻力是如何产生的？正确答案: 由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，使得机翼产生的升力方向向后偏移。

升力在平行于相对气流方向的分量，起着阻碍飞机前进的作用，这就是诱导阻力。

13. 写出飞机的阻力公式，并说明公式各个参数的物理意义。

正确答案: 飞机的阻力系数，飞机的飞行动压，机翼的面积。

14. 解释下列术语（1）最小阻力迎角（2）临界迎角（3）升阻比正确答案: （1）在飞机的升阻比曲线中，当升阻比达到最大值时所对应的迎角称为最小阻力迎角。

（2）在飞机的升力系数曲线中，当升力系数达到最大值时所对应的迎角称为临界迎角。

（3）相同迎角下，飞机的升力系数与阻力系数之比。

15. 简述升阻比随迎角变化的规律。

正确答案: 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。

16. 地面效应是如何影响飞机的气动性能的？正确答案: 飞机贴近地面飞行时，流经机翼下表面的气流受到地面的阻滞，流速减慢，压强增大，形成所谓的气垫现象；而且地面的阻滞，使原来从下翼面流过的一部分气流改道从上翼面流过，是上翼面前段的气流加速，压强降低，于是上下翼面的压强差增大，升力系数增大。

同时，由于地面的作用，使流过机翼的气流下洗减弱，下洗角减小，诱导阻力减小，使飞机阻力系数减小。

另外，由于地面效应使下洗角减小，水平尾翼的有效迎角增大(负迎角绝对值减小)，平尾产生向上的附加升力，对飞机重心形成附加的下俯力矩。

17. 画出飞机的升力系数曲线。

说明升力系数随迎角变化的原因。

正确答案: 当迎角小于临界迎角时，升力系数随迎角增大而增大。

当迎角等于临界迎角时，升力系数达到最大。

当迎角小于临界迎角时，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。

18. 画出飞机的阻力系数曲线。

说明阻力系数随迎角变化的原因。

正确答案: 在中小迎角范围，阻力系数随迎角增大而缓慢增大，飞机阻力主要为摩擦阻力。

在迎角较大时，阻力系数随迎角增大而较快增大，飞机阻力主要为压差阻力和诱导阻力。

在接近或超过临近迎角时，阻力系数随迎角的增大而急剧增大，飞机阻力主要为压差阻力。

19. 画出飞机的极曲线，并在曲线上注明主要的气动性能参数。

正确答案: 见附图提示:20. 简述前缘缝翼、前缘襟翼、后缘简单襟翼、开缝襟翼、后退开缝襟翼的增升原理。

正确答案: 前缘缝翼打开时，一方面，下翼面的高压气流流过缝隙后，贴近上翼面流动,给上翼面气流补充了能量，降低了逆压梯度，延缓气流分离，达到增大升力系数和临界迎角的目的；另一方面，气流从压强较高的下翼面通过缝隙流向上翼面，减小了上下翼面的压强差，又具有减小升力系数的作用。

超音速飞机一般采用前缘削尖，相对厚度小的薄机翼。

在大迎角飞行时，机翼上表面就开始产生气流分离，最大升力系数降低。

如放下前缘襟翼，一方面可以减小前缘与相对气流之间的夹角，使气流能够平顺地沿上翼面流动，延缓气流分离；另一方面也增大了翼型弯度。

这样就使得最大升力系数和临界迎角得到提高。

大迎角下放后缘简单襟翼，升力系数及最大升力系数增加，阻力系数增加，升阻比降低（即空气动力性能降低），临界迎角降低。

后缘开缝襟翼在下偏的同时进行开缝，和简单襟翼相比，可以进一步延缓上表面气流分离，使最大升力系数增加更多，而临界迎角降低不多。

后退开缝飞机的平衡，稳定性，操作性1. 1、解释下列术语平均空气动力弦正确答案: 平均空气动力弦是一个假想矩形机翼的翼弦。

这个假想的矩形机翼的机翼面积、空气动力及俯仰力矩等特性都与原机翼相同。

2. 2、说明常规布局飞机获得俯仰平衡的基本原理。

正确答案: 一般常规布局的飞机，压力中心在飞机重心之后，机翼升力对飞机重心产生下附力矩；平尾迎角一般为负迎角，平尾负升力对重心形成上仰力矩，机翼力矩、平尾产生的俯仰力矩和拉力力矩之和为零，飞机就取得了俯仰平衡。

3. 解释下列术语（1）静稳定性（2）动稳定性（3）焦点（4）侧滑（5）稳定力矩（6）阻尼力矩正确答案: （1）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。

（2）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。

（3）飞机迎角改变时附加升力的着力点称为焦点。

（4）侧滑是指相对气流方向与飞机对称面不一致的飞行状态。

（5）物体受扰偏离原平衡状态后，自动出现的、力图使物体回到原平衡状态的、方向始终指向原平衡位置的力矩，称为稳定力矩。

（6）物体受扰后的运动过程中，自动出现的、力图使物体最终回到原平衡状态的、方向始终与运动方向相反的力矩，称为阻尼力矩。

4. 利用焦点与重心的位置关系说明飞机获得俯仰稳定性的原理。