中国民航大学 民航概论第2章2 民用航空器-飞行基本原理1

风筝不能成为实用飞行器的原因： 有风才能飞；载重越多，风要求越大；迎角是靠线来 实现的，同时，线起个克服阻力的作用。 飞机的解决办法： 用动力装置提供拉（推）力，克服阻力前进，形成相对 气流（风）；用驾驶盘来控制迎角。
动力装置 推力
产生速度
产生相对气流
升力
4.失速
但机翼的迎角不能无限的增大,超过临界迎角后,增 大迎角使升力降低,阻力迅速增大,致使飞机速度急剧减 小,而不能保持正常飞行,这种情况就叫作失速
CL C Lmax
Stall
CL CL ( 0 )
0

5.飞机上的作用力
升力
升力公式:
1 2 L CL V SW 2
影响升力的因素: 1. 机翼面积S 2. 大气密度ρ 3. 飞机空速v 4. 升力系数CL
阻力
飞机所受的阻力可以分为: 1. 摩擦阻力 2. 压差阻力 3. 诱导阻力 4. 干扰阻力 5. 激波阻力（高速飞行时产生）
第二章 民用航空器
第二节飞行基本原理
一、升力的产生
比空气轻的物体 空气静力学
一、升力的产生
比空气重的物体 空气动力学
飞机的升力主要是由机翼和空气的相对运动而产生的。
一、升力的产生
任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产生 作用力，这个力就是空气动力。
一、升力的产生
到18世纪，伯努利对流体运动进行了深入研究并建立 了伯努利定理，才展示了流体运动的基本力学原理，奠定 了飞机产生升力的理论基础。
侧滑转弯
如果飞机侧倾时,这时升力的垂直分力和重力平衡,水平分 力变为向心力,使飞机向倾斜的一侧转弯,这种转弯称为侧 滑转弯
稳定性种类
稳定性---在受到外界扰动偏离其平衡位置之后，不需 要外界干预，能够自动恢复到原来的平衡状态，就是具 有稳定性的。
(a) positive
(b) neutral
(c) negative
(3)诱导阻力
(3)诱导阻力
这是机翼所独有的一种阻力。因为这种阻力是伴随着 机翼上升力的产生而产生的。也许可以说它是为了产生升 力而付出的一种代价。
降低诱导阻力的方法:
翼尖加装小翼
winglet
翼面加装翼刀
(4)干扰阻力
所谓“干扰阻力”就是飞机各部分之间由于气流相互干扰 而产生的一种额外阻力
(1)摩擦阻力
单位：Pa·s
名称
水 水 水 汽油 甘油 润滑油
温度
0 Co 10 Co 20 Co 20 Co 20Co 60 Co
粘性系数
1.792×10-2 1.308×10-2 1.005×10-3 0.31 ×10-3 14.91×10-3 4.17 ×10-3
名称
空气 空气 空气 血浆 血液 水银
2.飞机的稳定性
稳定性：飞机受到微小扰动而偏离原来的平衡状态，如在扰 动消失后，无须干预，具有自动恢复其原有平衡状态的特性。
(1)飞机的纵向稳定性
(1)飞机的纵向稳定性
纵向稳定力矩由水平尾翼提供。
纵向稳定力矩由焦点在重心后提供。
稳定性种类
飞机具有稳定性
飞机不具有稳定性
飞机具有中立稳定性
(1)飞机的纵向稳定性（俯仰稳定性）
1 2 P V Const 2
（低速定常流 ）
小实验
思考生活中的伯努利原理
山谷里的风通常比平原大 高楼大厦之间的对流 通常比空旷地带大
河水在河道窄的 地方流得快，河 道宽的地方流得 慢
火车站台安全线
火车站台安全线 安全线 地铁
压强大
人
压强小
V
V V
P P
2.翼型——伯努利定理的应用
温度
0 Co 10 Co 20 Co 37 Co 37 Co 20 Co
粘性系数
1.71 ×10-5 1.78 ×10-5 1.81 ×10-5 1.3 ×10-3 2.0 ×10-3 1.55 ×10-3
(1)摩擦阻力
摩擦阻力大小取决于: 1. 空气的粘性 2. 飞机表面的状况 3. 同气流接触的飞机表面的面积
影响飞机方向稳定性的因素
垂直尾翼的位置（越靠后越强）
垂直尾翼的面积（越大越强）
(3)飞机的侧向稳定性
(3)飞机的侧向稳定性（绕纵轴的稳定性）
上反角
后掠角
垂直尾翼
(3)飞机的侧向稳定性 影响侧向稳定性的因素：
机翼的上反角 机翼的后掠角 垂尾的大小
3.飞机的操纵性
(1)俯仰操纵——升降舵
Bernoulli Daniel (1700--1782)
瑞士数学家和物理学家
1738年出版的《流体力学》一 书是他的代表著作。书中根据 能量守恒定律解决了流体的流 动理论，提出了著名的伯努利 定理。这是流体力学的重要基 本定理之一。
一、升力的产生
一、升力的产生
1.伯努力定理
在稳定流动的条件下： （1）流动是连续的，进口处和出口处所流过的流体的质 量是相同的。 （2）截面积小的地方流速大，截面积大的地方流速小。 （3）截面积小的地方静压小，截面积大的地方静压大。
飞行员通过侧杆操纵俯仰和横滚 。
脚蹬控制方向舵
飞机的飞行过程
起飞阶段 爬升阶段 巡航阶段 下降阶段
进近着陆阶段
起飞过程
爬升阶段
爬升段 阶梯爬升
巡航阶段
一般使用自动驾驶仪A/P
空气在通过激波时，受到薄薄一层稠密空气的阻滞， 使得气流速度急骤降低，由阻滞产生的热量来不及散布， 于是加热了空气。 加热所需的能量由消耗的动能而来。在这里，能量发生 了转化--由动能变为热能。动能的消耗表示产生了一种特 别的阻力。这一阻力由于随激波的形成而来，所以就叫做 "波阻"。从能量的观点来看，波阻就是这样产生的。
相对气流 负迎角 飞行方向 翼弦
机翼形状
椭圆形
梯形
后掠翼
矩形
三角翼
流线体的流线谱
斜立平板的流线谱
（1）物体形状不同，流线谱不同。 （2）形状相同，但是空气流向物体的相对关系不同，流 线谱不同。 （3）空气流向物体受阻挡，流管就要变粗，空气流过物 体外凸地方时，流管要变细。 （4）空气流过物体时，在物体的后部会出现涡流区。
后拉杆，升降舵后缘上偏，产生上仰力矩。
前推杆，升降舵后缘下偏，产生下俯力矩。
3.飞机的操纵性
(2)偏航操纵－方向舵
蹬左舵，方向舵左偏，产生左转力矩。 蹬右舵，方向舵右偏，产生右转力矩。
3.飞机的操纵性
(3)滚转操纵－副翼、扰流板 • 左压盘，右副翼上偏，左副翼下偏，产生左横滚力矩。 • 右压盘，左副翼上偏，右副翼下偏，产生左横滚力矩。
减小激波阻力的方法
后掠角---机翼前缘同机身轴线的垂直线之间的夹角称 为掠角,如果向后,这个夹角称为后掠角,有后掠角的机 翼称为后掠机翼,掠角为0度的机翼称为平直机翼. 加装翼刀
6.几个定义
马赫数---飞行速度与音速的比值称为马赫数.
用M表示，M=v/a
0 M 0.3 ~ 0.4，低速流（不可压流）或称为低速飞行； 0.3 ~ 0.4 M M cr，亚音速流或称为亚音速飞行；流畅中各点的M数均 1； M cr M 1.2，跨音速流或跨音速飞行；流场中部分区域M 1, 部分区域M 1. 1.2 M 5, 超音速流或超音速飞行；流场中各点M数均 1； M 5，高超音速流或高超音速飞行。
干扰阻力产生部位：
减少干扰阻力方法:
机身和机翼 机身和尾翼 机翼和发动机短舱
加装整流罩 做成融合体
机翼和副油箱
(5)激波阻力
激波阻力的产生
高速飞行时，飞机机翼表面出现局部超音速和局部激波， 导致飞机阻力增大。这种由于出现激波后额外增加的阻 力叫激波阻力，简称波阻。
协和式飞机
激波带来阻力的原因
CG： Center of Gravity 重心
CL：Center of Lift 气动力中心，即焦点（升力合力作用点）
影响飞机纵向稳定性的因素
气动中心对重心的位置（机翼对重心的位置 ）
水平尾翼对重心的位置
水平尾翼的面积和大小
(2)飞机的方向稳定性（偏航稳定性）
方向静稳定性由垂直尾翼提供生——伯努利定理的应用
弯度可产生升力（质量方程、欧拉方程）
由于机翼向上弯曲，导致上翼面的气流流速大于下翼面的 气流流速，从而使上翼面压强小于下翼面的压强，产生升力。
3.升力的产生——伯努利定理的应用
机翼表面的压力分布 结论：机翼升力的产生主要由上表面吸力的作用， 而不是靠下表面的压力。
减小摩擦阻力的方法:
尽可能把飞机表面做得光滑些 尽可能缩小飞机的表面面积
(2)压差阻力
“压差阻力”的产生是由于运动着的物体前后所形成的压 强差所形成的。机翼前缘部分，空气受阻挡，流速变慢， 压力增大；机翼后缘，由于气流分离形成涡流区，压力减 小。前后压差形成压差阻力。
减小压差阻力的方法:
迎风面积越大，压差阻力越大； 水滴型，前钝后尖，压差阻力最小； 迎角越大，压差阻力越大。
2.翼型
前缘点 翼弦
相对气流
迎 角 飞行方向
后缘点
2.翼型
翼型---就是把机翼沿平行机身纵轴方向切下的剖面, 机翼的翼型是流线型的,上表面弯曲大,下表面弯曲小 或者是平面. 前缘点---翼型的最前一点叫作前缘点 后缘点---翼型的最后一点叫作后缘点 翼弦---前缘点和后缘点的连线叫翼弦 迎角(攻角)---迎角是翼弦和相对气流方向的夹角，翼 弦向上形成正迎角,向下为负迎角
突破音障
二、飞机的飞行控制
1.飞机的平衡
横滚---飞机绕纵轴的转动
俯仰---飞机绕横轴的转动
偏航---飞机绕立轴的转动
1.飞机的平衡
重 力
上升下降受力分析
重 力
上升过程：重力分力做阻力，需适当加大油门 下降过程：重力分力做“推力”，需适当减小油门
飞机的平衡：飞机上作用力不平衡
升力大于重力的情况 上圆周运动 升力小于重力的情况 下圆周运动