AOPA飛行原理

1、第一章第一章 飛機的基本結(jié)構(gòu)飛機的基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)：固定翼飛機的主要組成部分第一節(jié)：固定翼飛機的主要組成部分小型固定翼飛機的主要部件：小型固定翼飛機的主要部件： 機體、起落架、動力裝置機體、起落架、動力裝置主要組成部分主要組成部分- -機體：機體：機身、機翼、尾翼機身、機翼、尾翼第二章第二章 第第 頁頁1 1固定翼無人機固定翼無人機第二章第二章 第第 頁頁2 2一、機身一、機身裝載裝載飛行控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、通訊系飛行控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)等。統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)等。將機翼、尾翼、發(fā)動機、起落架連將機翼、尾翼、發(fā)動機、起落架連在一起，形成完整的飛行平臺在一起，形成完整

2、的飛行平臺第二章第二章 第第 頁頁3 3二、機翼二、機翼安裝位置：安裝位置：第二章第二章 第第 頁頁4 4機翼機翼安裝位置：安裝位置：第二章第二章 第第 頁頁5 5副翼襟翼副翼襟翼第二章第二章 第第 頁頁6 6襟翼襟翼第二章第二章 第第 頁頁7 7三、尾翼三、尾翼第二章第二章 第第 頁頁8 8常規(guī)布局常規(guī)布局正正V V、倒、倒V V、雙垂尾、雙垂尾第二章第二章 第第 頁頁9 9第二章第二章 第第 頁頁1010四、起降裝置四、起降裝置第二章第二章 第第 頁頁1111第二節(jié)第二節(jié) 翼型翼型第二章第二章 第第 頁頁1212中弧線：翼型的上下表面的等距離的曲線。中弧線：翼型的上下表面的等距離的曲線。前

3、緣、后緣：機翼上下表面的外形線在前后的交點。前緣、后緣：機翼上下表面的外形線在前后的交點。前緣半徑：翼型前緣曲率圓的半徑前緣半徑：翼型前緣曲率圓的半徑 。弦線：前緣和后緣端點的連線。弦線：前緣和后緣端點的連線。弦長：弦線被前緣和后緣所截長度。弦長：弦線被前緣和后緣所截長度。翼型的選擇翼型的選擇 翼型的升力特性；翼型的升力特性； 翼型的阻力；翼型的阻力； 翼型的使用范圍；翼型的使用范圍； 平面形狀的影響；平面形狀的影響； 足夠的空間和剛度；足夠的空間和剛度； 翼型選擇的一般規(guī)律；翼型選擇的一般規(guī)律；第二章第二章 第第 頁頁1313第三節(jié)第三節(jié) 機翼的平面形狀機翼的平面形狀第二章第二章 第第 頁頁

4、1414第二章第二章 第第 頁頁1515機翼的展弦比：機翼的展弦比：機翼的梢根比：機翼的梢根比：機翼的后掠角：機翼的后掠角：機翼的平均氣動弦長：機翼的平均氣動弦長：上反角：上反角：機翼扭轉(zhuǎn)：機翼扭轉(zhuǎn)：機翼的安裝角：機翼的安裝角：第二章第二章 大氣大氣第一節(jié)第一節(jié) 大氣的成分和分層大氣的成分和分層第二章第二章 第第 頁頁1616大氣雜質(zhì)大氣雜質(zhì)1717kg/m3hPaKftKmKg/m3對流層平流層(同溫層)中間層電離層(暖層)溫度對流層特點對流層特點19192020第三章第三章 空氣動力學空氣動力學 空氣動力是空氣相對于飛機運動時產(chǎn)生的，空氣動力是空氣相對于飛機運動時產(chǎn)生的，要學習和研究飛機的

5、升力和阻力，首先要研究要學習和研究飛機的升力和阻力，首先要研究空氣流動的基本規(guī)律?？諝饬鲃拥幕疽?guī)律?？諝饪諝饬鲃拥拿枋隽鲃拥拿枋鲲w機的相對氣流方向與飛行速度方向相反只要相對氣流速度相同，飛機產(chǎn)生的空氣動力就相同。只要相對氣流速度相同，飛機產(chǎn)生的空氣動力就相同。對相對氣流的現(xiàn)實應(yīng)用直流式風洞直流式風洞回流式風洞回流式風洞風洞實驗段及實驗?zāi)Ｐ惋L洞的其它功用一、相對氣流、流線和流線譜空氣流動的情形一般用流線、流管和流線譜來描述。空氣流動的情形一般用流線、流管和流線譜來描述。流線流線：流場中一條空間曲線，在該曲線上流體微團的速度與曲線：流場中一條空間曲線，在該曲線上流體微團的速度與曲線在該點的切線重

6、合。對于定常流，流線是流體微團流動的路線。在該點的切線重合。對于定常流，流線是流體微團流動的路線。第一節(jié)第一節(jié) 氣流特性氣流特性流管流管：由許多流線所圍成的管狀曲面。：由許多流線所圍成的管狀曲面。流線和流線譜流線譜是所有流線的集合。流線譜是所有流線的集合。流線和流線譜的實例流線和流線譜的實例流線和流線譜的實例流線和流線譜的實例二、連續(xù)性定理 流體流過流管時，在同一時間流過流管任意截面的流體流過流管時，在同一時間流過流管任意截面的流體質(zhì)量相等。流體質(zhì)量相等。質(zhì)量守恒定律是連續(xù)性定理的基礎(chǔ)。質(zhì)量守恒定律是連續(xù)性定理的基礎(chǔ)。連續(xù)性定理1 12 2A A1 1,v,v1 1A A2 2,v,v2 21

7、1vA單位時間內(nèi)流過截面單位時間內(nèi)流過截面1的流體體積為的流體體積為111vA單位時間內(nèi)流過截面單位時間內(nèi)流過截面1的流體質(zhì)量為的流體質(zhì)量為222vA同理，單位時間內(nèi)流過截面同理，單位時間內(nèi)流過截面2的流體質(zhì)量為的流體質(zhì)量為則根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得：則根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得：111222vAvA1122vAvAC常數(shù)即即結(jié)論：空氣流過一流管時，流速大小與截面積成反比。結(jié)論：空氣流過一流管時，流速大小與截面積成反比。山谷里的風通常比平原大山谷里的風通常比平原大河水在河道窄的地方流河水在河道窄的地方流得快，河道寬的地方流得快，河道寬的地方流得慢得慢日常的生活中的連續(xù)性定理高樓大廈之間的高樓大廈之間的對

8、流通常比空曠對流通常比空曠地帶大地帶大三、伯努利定理 同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動壓之和保同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動壓之和保持不變。持不變。能量守恒定律是伯努力定理的基礎(chǔ)。能量守恒定律是伯努力定理的基礎(chǔ)。伯努利定理2102vPP 空氣能量主要有四種：動能、壓力能、熱能、重力勢能?？諝饽芰恐饕兴姆N：動能、壓力能、熱能、重力勢能。 低速流動，熱能可忽略不計；空氣密度小，重力勢能可忽略不計。低速流動，熱能可忽略不計；空氣密度小，重力勢能可忽略不計。 因此，沿流管任意截面能量守恒，即為：動能因此，沿流管任意截面能量守恒，即為：動能+壓力能壓力能=常值。公式常值。公式表述為：表述為：

9、 上式中第一項稱為上式中第一項稱為動壓動壓，第二項稱為，第二項稱為靜壓靜壓，第三項稱為，第三項稱為總壓總壓。 伯努利定理2102vPP動壓，單位體積空氣所具有的動能。這是一種附加的壓動壓，單位體積空氣所具有的動能。這是一種附加的壓力，是空氣在流動中受阻，流速降低時產(chǎn)生的壓力。力，是空氣在流動中受阻，流速降低時產(chǎn)生的壓力。212vP靜壓，單位體積空氣所具有的壓力能。在靜止的空氣中，靜壓，單位體積空氣所具有的壓力能。在靜止的空氣中，靜壓等于當時當?shù)氐拇髿鈮?。靜壓等于當時當?shù)氐拇髿鈮骸?P總壓（全壓），它是動壓和靜壓之和?？倝嚎梢岳斫鉃?，總壓（全壓），它是動壓和靜壓之和。總壓可以理解為，氣流速度減小

10、到零之點的靜壓。氣流速度減小到零之點的靜壓。第二節(jié)第二節(jié) 牛頓的三大定律牛頓的三大定律 牛頓第一定律：牛頓第一定律：孤立質(zhì)點保持靜止或勻速直線運動； 牛頓第二定律：牛頓第二定律：物體因受力作用而產(chǎn)生加速度； 牛頓第三定律：牛頓第三定律：相互作用的兩個質(zhì)點之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反 第三節(jié)第三節(jié) 升力及升力系數(shù)升力及升力系數(shù)升力的產(chǎn)生原理起點終點 相同的時間，相同的起點和終點，小狗的速度和人相同的時間，相同的起點和終點，小狗的速度和人的速度哪一個更快？的速度哪一個更快？升力的產(chǎn)生原理飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC前前方來流被機翼分為方來流被機翼分為了兩部分，一部分從了

11、兩部分，一部分從上表面流過，一部分上表面流過，一部分從下表面流過。從下表面流過。由連續(xù)性定理或小狗由連續(xù)性定理或小狗與人速度對比分析可與人速度對比分析可知，流過機翼上表面知，流過機翼上表面的氣流，比流過下表的氣流，比流過下表面的氣流的速度更快。面的氣流的速度更快。飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUCP1 v1P2 v22211112222PvPv 12vv12PP211102PvP 212202PvP 升力的產(chǎn)生原理飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC 上下表面出現(xiàn)的壓力差，在垂直于（遠前方）相對氣上下表面出現(xiàn)的壓力差，在垂直于（遠前方）相對氣流方向的分量，就是升力。流方向的分量，就是

12、升力。機翼升力的著力點，稱為壓力中心機翼升力的著力點，稱為壓力中心(Center of Pressure)飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC壓力中心的移動 非對稱翼型，在迎角非對稱翼型，在迎角小于臨界迎角的范圍內(nèi)，小于臨界迎角的范圍內(nèi)，迎角增大，壓力中心前迎角增大，壓力中心前移。移。 迎角大于臨界迎角時，迎角大于臨界迎角時，迎角增大，壓力中心后迎角增大，壓力中心后移。移。 翼型的壓力分布飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC當機翼表面壓強低于大氣壓，稱為吸力。當機翼表面壓強低于大氣壓，稱為吸力。當機翼表面壓強高于大氣壓，稱為壓力。當機翼表面壓強高于大氣壓，稱為壓力。 用矢量來表示壓力或

13、吸力，矢量線段長度為力的大小，方向為用矢量來表示壓力或吸力，矢量線段長度為力的大小，方向為力的方向。力的方向。矢量表示法駐點和最低壓力點飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC B點，稱為最低壓力點點，稱為最低壓力點，是機翼上表面負壓最大的點。，是機翼上表面負壓最大的點。 A點，稱為駐點點，稱為駐點，是正壓最大的點，位于機翼前緣附近，該處氣流，是正壓最大的點，位于機翼前緣附近，該處氣流流速為零。流速為零。坐標表示法飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC 從右圖可以看出，機翼升力的產(chǎn)從右圖可以看出，機翼升力的產(chǎn)生主要是靠機翼上表面吸力的作用，生主要是靠機翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，

14、而不是主要尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正壓的作用?？肯卤砻嬲龎旱淖饔谩Ｉ斤w行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC212LLCVS飛機的升力系數(shù)飛機的升力系數(shù)LC212V飛機的飛行動壓飛機的飛行動壓S機翼的面積。機翼的面積。升力公式的物理意義飛行原理飛行原理/CAFUC/CAFUC212LLCVS飛機的升力與升力系數(shù)、來流動壓和機翼面積成正比。飛機的升力與升力系數(shù)、來流動壓和機翼面積成正比。 升力系數(shù)綜合的表達了機翼形狀、迎角等對飛機升力升力系數(shù)綜合的表達了機翼形狀、迎角等對飛機升力的影響。的影響。 升力升力重力重力拉力拉力阻力阻力LiftPullWeightDrag 升力垂直于

15、飛行速度方向，它將飛機支托在空中，升力垂直于飛行速度方向，它將飛機支托在空中，克服飛機受到的重力影響，使其自由翱翔?？朔w機受到的重力影響，使其自由翱翔。迎角迎角就是相對氣流方向與翼弦之間的夾角。迎角就是相對氣流方向與翼弦之間的夾角。相對氣流方向就是飛機速度的反方向相對氣流方向是判斷迎角大小的依據(jù) 平飛中，可以通過機頭高低判斷迎角大小。而其他飛平飛中，可以通過機頭高低判斷迎角大小。而其他飛行狀態(tài)中，則不可以采用這種判斷方式。行狀態(tài)中，則不可以采用這種判斷方式。水平飛行、上升、下降時的迎角上升上升平飛平飛下降下降 阻力是與飛機運動軌跡平行，與飛行速度阻力是與飛機運動軌跡平行，與飛行速度方向相反的

16、力。阻力阻礙飛機的飛行，但沒方向相反的力。阻力阻礙飛機的飛行，但沒有阻力飛機又無法穩(wěn)定飛行。有阻力飛機又無法穩(wěn)定飛行。升力升力重力重力拉力拉力阻力阻力LiftPullWeightDrag第四節(jié)第四節(jié) 阻力阻力阻力的分類 對于低速飛機，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力對于低速飛機，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力分為：分為：摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)壓差阻力壓差阻力(Form Drag)干擾阻力干擾阻力(Interference Drag)誘導阻力誘導阻力(Induced Drag)廢阻力廢阻力(Parasite Drag)升力升力粘性粘性一、摩擦阻力 由于緊貼飛機表面的空

17、氣受到阻礙作用而流速降低到零，根據(jù)由于緊貼飛機表面的空氣受到阻礙作用而流速降低到零，根據(jù)作用力與反作用力定律，飛機必然受到空氣的反作用。這個反作作用力與反作用力定律，飛機必然受到空氣的反作用。這個反作用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。附面層 附面層分為層流附面層和紊流附面層，層流在前，附面層分為層流附面層和紊流附面層，層流在前，紊流在后。層流與紊流之間的過渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點。紊流在后。層流與紊流之間的過渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點。轉(zhuǎn)捩點轉(zhuǎn)捩點層流附層流附面層面層紊流附面層紊流附面層影響摩擦阻力的因素紊流附面層的摩擦阻力比層流附面層的大。紊流附面層的摩擦阻力比層流附面層的大。飛

18、機的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機表面越粗糙，摩擦阻力越大。飛機表面越粗糙，摩擦阻力越大。 摩擦阻力的大小與附面層的類型密切相關(guān)，此外還取決于空摩擦阻力的大小與附面層的類型密切相關(guān)，此外還取決于空氣與飛機的接觸面積和飛機的表面狀況。氣與飛機的接觸面積和飛機的表面狀況。摩擦阻力在飛機總阻力構(gòu)成中占的比例較大摩擦阻力占總阻力的比例摩擦阻力占總阻力的比例超音速戰(zhàn)斗機超音速戰(zhàn)斗機25-30%大型運輸機大型運輸機40%小型公務(wù)機小型公務(wù)機50%水下物體水下物體70%船舶船舶90%二、壓差阻力 壓差阻力是由處于流動空氣中的物體的前后的壓壓差阻力是由處于流動空氣中的物體的前后

19、的壓力差，導致氣流附面層分離，從而產(chǎn)生的阻力。力差，導致氣流附面層分離，從而產(chǎn)生的阻力。壓差阻力的產(chǎn)生壓差阻力的產(chǎn)生 氣流流過機翼后，在機翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦氣流流過機翼后，在機翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦流區(qū)，壓強降低；而在機翼前緣部分，氣流受阻壓強增大，這樣流區(qū)，壓強降低；而在機翼前緣部分，氣流受阻壓強增大，這樣機翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機翼產(chǎn)生壓差阻力。機翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機翼產(chǎn)生壓差阻力。影響壓差阻力的因素 總的來說，飛機壓差阻力與迎風面積、形狀和迎角有關(guān)。迎風總的來說，飛機壓差阻力與迎風面積、形狀和迎角有關(guān)。迎風面積大，壓差阻力大。迎角越大，壓差阻力

20、也越大。面積大，壓差阻力大。迎角越大，壓差阻力也越大。 壓差阻力在飛機總阻力構(gòu)成中所占比例較小。壓差阻力在飛機總阻力構(gòu)成中所占比例較小。三、干擾阻力 飛機的各個部件，如機翼、機身、尾翼的單獨阻力之和小于把飛機的各個部件，如機翼、機身、尾翼的單獨阻力之和小于把它們組合成一個整體所產(chǎn)生的阻力，這種由于各部件氣流之間的它們組合成一個整體所產(chǎn)生的阻力，這種由于各部件氣流之間的相互干擾而產(chǎn)生的額外阻力，稱為干擾阻力。相互干擾而產(chǎn)生的額外阻力，稱為干擾阻力。干擾阻力的消除干擾阻力在飛機總阻力中所占比例較小。干擾阻力在飛機總阻力中所占比例較小。 飛機各部件之間的平滑過渡和整流蒙皮，可以有效飛機各部件之間的平

21、滑過渡和整流蒙皮，可以有效地減小干擾阻力的大小。地減小干擾阻力的大小。四、誘導阻力 由于翼尖渦的誘導，導致氣流下洗，在平行于相對氣流方向出由于翼尖渦的誘導，導致氣流下洗，在平行于相對氣流方向出現(xiàn)阻礙飛機前進的力，這就是誘導阻力。現(xiàn)阻礙飛機前進的力，這就是誘導阻力。I. 翼尖渦的形成 正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面。下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面。這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（注意旋轉(zhuǎn)方向注意旋轉(zhuǎn)方向） 正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面

22、高，在上下翼面壓強差的作用正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面，就使下翼面的流線由機下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面，就使下翼面的流線由機翼的翼根向翼尖傾斜，上翼面反之。翼的翼根向翼尖傾斜，上翼面反之。I. 翼尖渦的形成翼尖渦的形成I. 翼尖渦的形成翼尖渦的形成 由于上、下翼面氣流在后由于上、下翼面氣流在后緣處具有不同的流向，于是緣處具有不同的流向，于是就形成旋渦，并在翼尖卷成就形成旋渦，并在翼尖卷成翼尖渦，翼尖渦向后流即形翼尖渦，翼尖渦向后流即形成翼尖渦流。成翼尖渦流。翼尖渦的立體形態(tài)翼尖渦的形態(tài)翼尖渦的形態(tài)II. 下洗流（D

23、ownWash）和下洗角 由于兩個翼尖渦的存在，會導致在翼展范圍內(nèi)出現(xiàn)一個向下的誘由于兩個翼尖渦的存在，會導致在翼展范圍內(nèi)出現(xiàn)一個向下的誘導速度場，稱為下洗。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場會覆蓋整個導速度場，稱為下洗。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場會覆蓋整個飛機所處空間范圍。飛機所處空間范圍。III. 誘導阻力的產(chǎn)生 有限展長機翼與無限展長機翼相比，由于前者存在翼尖渦和下洗有限展長機翼與無限展長機翼相比，由于前者存在翼尖渦和下洗速度場，導致前者的總空氣動力較后者更加后斜，即前者總空氣動力速度場，導致前者的總空氣動力較后者更加后斜，即前者總空氣動力沿飛行速度方向（即遠前方相對氣流方向）的分量較后者更大。這一沿飛行速度方向（即遠前方相對氣流方向）的分量較后者更大。這一增加的阻力即為誘導阻力。增加的阻力即為誘導阻力。LLD影響誘導阻力的因素機翼平面形狀：機翼平面形狀： 橢圓形機翼的誘導阻力最小。橢圓形機翼的誘導阻力最小。展弦比越大展弦比越大，誘導阻力越小，誘導阻力越小升力越大，誘導阻力越大升