對(duì)飛行器重心的研究 - 同濟(jì)大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

理論力學(xué)研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告同濟(jì)大學(xué)對(duì)飛行器重心的研究何吉學(xué)號(hào)：041278專業(yè)：機(jī)械類班級(jí)：1班任課教師：韋林內(nèi)容摘要：飛機(jī)重心的位置對(duì)于飛機(jī)的制造，操作和安全都至關(guān)重要。本論文由淺入深，層層深入從起落架確定重心位置，到飛行姿態(tài)來(lái)解釋重心位置，直至得出最后飛機(jī)加長(zhǎng)時(shí)要前后同時(shí)加長(zhǎng)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：重心，力矩，機(jī)翼，水平尾翼由起落架研究飛行器重心的位置飛機(jī)的重心一般人以為在機(jī)長(zhǎng)的中間或者是在機(jī)翼位置，如圖1這是錯(cuò)誤的，飛機(jī)的重心在靠前的位置，這可以從飛機(jī)的起落架來(lái)看。飛機(jī)的起落架由主起落架和前起落架組成，重心顯然在兩者之間，從浦東機(jī)場(chǎng)的一起起落架自動(dòng)收起事故可以看出，如圖2，飛機(jī)的重心在靠前的位置。由飛行姿態(tài)研究飛行器重心的位置飛行器在飛行過(guò)程中保持平穩(wěn)飛行是安全的保證。所以飛機(jī)的受力必須平衡，即飛機(jī)重力和升力的平衡。一般人認(rèn)為飛機(jī)的機(jī)翼和水平尾翼都為飛機(jī)提供升力，而實(shí)際上水平尾翼提供的是向下的力。由力矩平衡原理可以假設(shè)推翻。假設(shè)飛機(jī)的機(jī)翼和水平尾翼都為飛機(jī)提供升力，飛機(jī)的重心靠前（由1已知），則受力如圖3，對(duì)飛機(jī)上的M點(diǎn)取矩，有方程F1×l1+F2×l2+G×l3=0顯然錯(cuò)誤。因此正確的是水平尾翼提供向下的力。如圖4對(duì)飛機(jī)上的M點(diǎn)取矩，有方程F1×l1+G×l3=F2×l2即F2=(F1×l1+G×l3)/l2由于F2的大小可以根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以改變F2的大小即可以改變飛機(jī)的飛行姿態(tài)，使飛機(jī)始終保持平穩(wěn)。飛機(jī)改進(jìn)與飛機(jī)重心波音公司的Boeing747是世界飛機(jī)歷史上的經(jīng)典，它的型號(hào)包括100，SP，200，300，400。每個(gè)型號(hào)都有不同，特別是SP型號(hào)和其他型號(hào)在長(zhǎng)度上相差很多。在加長(zhǎng)過(guò)程中，飛機(jī)加長(zhǎng)了兩段，看似是以機(jī)翼為界，實(shí)際上就是由于重心的原因才增加兩段。如圖5由2知F1×l1+G×l3=F2×l2，若只加長(zhǎng)飛機(jī)前端左邊=F1×l1+G×(l3+x)要使得左邊=右邊F2×l2要加大。由于F2大小由水平尾翼決定，而飛機(jī)改進(jìn)時(shí)水平尾翼一般不做大的改進(jìn)，所以只能加大l2。所以飛機(jī)后段也加長(zhǎng)即(l2+y)此時(shí)，F(xiàn)1×l1+G×(l3+x)=F2×(l2+y)調(diào)節(jié)xy之間的關(guān)系即可以使飛機(jī)平衡。即前段和后段都要加長(zhǎng)。最近，波音公司在改進(jìn)其最大的747-400以應(yīng)對(duì)空客公司的A380，同樣在前段加長(zhǎng)160in.，后段加長(zhǎng)60in.。新的747-8的