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1、长沙航空职业技术学院教案飞行基本原理第一节 气流特性一、 气流和相对气流空气流动简称为气流。空气与物体之间有相对运动，就有相对气流。流线和流线谱：空气经过空间任意一点的速度、压力和密度都不随时间而变化的气流叫稳定气流，稳定气流中空气质点流动的路线叫流线。许多流线所组成的反映空气流动全貌的图形叫流线谱。飞机的翼型和迎角都会对流线谱产生影响。机翼的剖面形状简称为翼型。如果机翼在相对气流中的关系位置改变了，流线谱就会改变，机翼的压力分布也就随之而变。 迎角对于流线谱也有变化影响。飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在了解飞机升力和阻力
2、的产生之前，我们还要认识空气流动的特性，要引用低速气流的两个定理：气流连续性原理和伯努利定律。二、气流的连续性原理我们知道，在河道宽而深的地方，河水流得比较慢；而在河道窄而浅的地方，却流得比较快。夏天乘凉时，我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中，因为那里常有“过堂风”。在山区你可以感到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得大。这些现象都是流体“连续性定理”在自然界中的表现。气流的连续性原理：当气流连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的气流都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的气流的质量和从另一切面流出的气流质量是相等的。 气流连续性方程式：M=PVA 质量=
3、密度*速度*面积三、伯努利定律气流连续性定理阐述了低速气流在流动中流速和管道切面之间的关系。低速气流在流动中，不仅流速和管道切面相互联系，而且流速和压力之间也相互联系。伯努利定理就是要阐述流低速气流在流动中流速和压力之间的关系。伯努利定理基本内容：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。同连续性定理一样，伯努利定理的应用也是有条件的，它只适应于：(1) 理想流体、(2) 不可压缩流、(3) 定常流动、(4) 在所考虑的范围内，没有能量的交换、(5) 在同一条流线上或同一根流管上。气流连续性定理和伯努利定理是空气动力学中两个最基本的定理，它们说明了流管截面积、气流速度和压
4、力这三者之间的关系。综合这两个定理，我们可以得出如下结论：低速定常流动的气体（不可压定常流动），流过的截面积大的地方，速度小，压强大；而截面积小的地方，流速大，压强小。这一结论是解=释低速飞机机翼上空气动力产生的根据。需要再次强调的是，在这里得出气体的连续性定理和伯努利定理只适用于低速，即气流不可压缩、密度不变的流动情况，不能推广到高速流动的气体。第二节 升力、阻力、侧力的产生和变化飞机在空气中运动或者空气流过飞机时，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机各部分所受到的空气动力的总和，叫总空气动力，通常用R表示。一、 升力的产生与变化1、 升力的产生从流线谱可以看出：空气流到机翼前缘，分成上、下两
5、股，分别沿机翼上、下表面流过，而在机翼后缘重新汇合向后流去。在机翼上表面，由于比较凸出，流管变细，说明流速加快，压力降低。在机翼下表面，气流受到阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是，机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和，就是机翼的升力。2、 影响升力大小的因素迎角、飞行速度、空气密度、机翼面积、翼型迎角的变化规律：参见书59页图412.小于临界迎角，迎角和升力成正比；达到临界迎角，升力最大；大于临界迎角，升力与迎角成反比。飞行速度的关系：升力与飞行速度的平方成正比。空气密度的关系：升力与空气密度成正比。机翼面积的关系：升力与机翼面积成正比。翼型的关系：翼型弯曲程
6、度较大的机翼，产生的升力较大。案例：航班起飞前宣布超载计划从丽江赶回广州上班的刘先生购买了金鹿航空公司DA382航班（机型737）的机票，并在昨天一早到机场办理登机手续。但在办手续的时候，机场发布消息称：因为飞机调度原因，该航班延误。到了中午2时许，刘先生搭乘的飞机终于抵达丽江机场。但在飞机准备起飞的时候，空姐突然告诉旅客：这一航班超载了15名旅客，如果有旅客自愿改签明天的航班回广州，航空公司将每人赔偿300元，并安排住宿一晚。因为大家都赶着回广州上班，因此开始的时候没有人愿意改签。由于双方意见未能达成一致，大家在飞机上一直协商。没想到了晚上6点钟左右，空姐突然又向旅客宣布：飞机没有超载，马上
7、就可以起飞了，要求各旅客按原位坐好。正在嚷嚷的旅客听到这一消息惊讶不已，本来说超载的飞机，在并没有任何一人下飞机的情况下，突然又变成不超载了？旅客感到不解的同时，也开始为自己的安全担心。因此，本来坐在客舱里的旅客全部都下飞机了，有的在停机坪等候，有的则回到候机室休息，就是没有一名旅客留在飞机上。“连空姐也解释不了为什么开始的时候说超载，但后来又不超载了。”此外，旅客认为从头开始，一直都是乘务员在向他们做解释工作，而机长则完全没有露面，只是从驾驶舱里通过广播，抛出一句：“你们现在不愿意走的可以退票。”对此，刘先生感到非常生气，觉得并没有受到尊重。航空公司：起飞要求导致因为丽江机场属于高原机场，需
8、要特定的飞机飞行，而且飞机必须减载。而他们在丽江并没有自己的工作人员，因此飞机配载图在起飞前才送到飞行员手上，此时机组人员才发现飞机超载了，要求部分旅客下飞机，以减轻飞机的起飞重量。而后来，因为下午丽江的气温降低，经过仪表测试，飞机又符合了起飞要求，因此向旅客宣布可以起飞。二、 阻力的产生与变化1、 阻力的产生飞机飞行在空气中会有各种阻力，阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，它阻碍飞机的前进。按其产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、干扰阻力。摩擦阻力：空气的物理特性之一就是粘性。当空气流过飞机表面时，由于粘性，空气同飞机表面发生摩擦，产生一个阻止飞机前进的力，这个力就是摩擦阻力。摩擦
9、阻力的大小，决定于空气的粘性，飞机的表面状况，以及同空气相接触的飞机表面积。空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大，摩擦阻力就越大。 压差阻力：人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。 诱导阻力：升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种代价，这叫做诱导阻力。 干扰阻力：它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。以上四种阻力是对低速飞机而言，
10、至于高速飞机（如超音速飞机），除了也有这些阻力外，还会产生激波阻力等其他阻力。 2、 影响阻力大小的因素迎角的影响关系：迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超过临界迎角，阻力急剧增大。飞机外形状态与光滑程度。飞机表面光滑与否对摩擦阻力会有影响，飞机表面相对光滑，阻力相对也会较小，反之则大。其他变化规律与升力相同。3、 阻力公式和阻力系数阻力公式：X=Cx1/2pv2s阻力系数：Cx阻力系数曲线见图4154、 升阻比衡量一架飞机的空气动力性能，不能单从升力，或单从阻力一个方面来看，必须把两者结合起来，分析升力和阻力之间的对比关系。所谓升阻比，就是在同一迎角下升力与阻力之比。升阻比也就是
11、同一迎角下升力系数与阻力系数之比。升阻比大，说明在取得同一升力的情况下，阻力比较小。升阻比越大，飞机的空气动力性能越好，对飞行越有利。升阻比有一个最大值，叫最大升阻比。最大升阻比所对应的迎角叫有利迎角。从无升力迎角开始，迎角增加，因升力系数比阻力系数增加的倍数多，所以升阻比是增大的，到有利迎角，升阻比达到最大值。超过有利迎角，再增大迎角，因升力系数比阻力系数增加的倍数少，所以升阻比减小。飞机在有利迎角下飞行是有利的，所以一般飞机飞行的迎角都不大。5、 飞机极线在每一个迎角下，都有一个升力系数和阻力系数。所谓飞机的空气动力系数曲线，就是把飞机的升力系数和阻力系数随迎角而变化的关系，综合地用一条曲
12、线画出来，这条曲线就是飞机的空气动力系数曲线，简称飞机极线。飞机极线比较全面地表达了飞机的空气动力性能，在空气动力计算中很有用处。从飞机极线上还可得出各迎角下的升阻比，以及最大升阻比和有利迎角。各迎角下的升阻比，可以由飞机极线上查出的升力系数和阻力系数计算出来。6、 附面层以空气为例，空气流过物体时, 由于物体表面不是绝对光滑的, 加之空气具有粘性, 所以, 紧贴物体表面的一层空气受到阻滞, 流速减小为零。这层流速为零的空气又通过粘性作用影响上一层空气的流动, 使上层空气流速减小。空气流过飞机时，贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。摩擦阻力是在附面层内产生的。7
13、、 增升装置机翼上用来改善气流状况和增加升力的一套活动面板。可在飞机起飞、着陆或低速机动飞行时增加机翼剖面之弯曲度及迎角，从而增加升力。常见有前缘缝翼、前后缘襟翼、喷气襟翼等等。第三节 飞机的平衡安定性和操纵性一、 飞机的重心飞机各部分重力的合力着用点，称为飞机的重心。重力作用力点所在的位置，叫重心位置。二、 飞机的转动轴通过飞机重心的三条互相垂直的、以机体为基准的坐标轴，叫转动轴。它可分为：(1)纵轴：沿机身轴线，通过飞机重心的轴线，叫飞机的纵轴。飞机绕纵轴的转动，叫横向滚转。(2)横轴：沿机翼方向通过飞机重心并垂直纵轴的轴线，叫飞机的横轴。飞机绕横轴的转动，叫俯仰转动。(3)立轴：通过飞机
14、重心并垂直于纵轴和横轴的轴线，叫飞机的立铀。飞机绕立轴的转动，叫方向偏转。三、 飞机的力矩平衡飞机的平衡是指作用于飞机的各力之和为零，各力重心所构成的各力矩之和也为零。飞机处于平衡状态时，飞机速度的大小和方向都保持不变，也不绕重心转动。飞机的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和横侧平衡。 1、 俯仰平衡 飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零。飞机取得平衡后，不绕横轴转动，迎角保持不变。2、 方向平衡飞机的方向平衡是指作用于飞机的左偏力矩和右偏力矩之和为零。飞机取得方向平衡后，不绕立轴转动，侧滑角不变或没有侧滑角。3、 横侧平衡飞机的横侧平衡是作用于飞机的各滚转力矩之和为零。飞机取得横侧平衡
15、后，不绕纵轴滚转，坡度不变或没有坡度。作用于飞机的滚转力矩，主要有两翼升力对重心形成的力矩。三、 飞机的安定性飞机的安定性就是飞行中，当飞机受微小扰动（如阵风、发动机工作不均衡、舵面的偶尔偏转等）而偏离原来的平衡状态，并在扰动消失后，不经飞行员操纵，飞机自动恢复原来平衡状态的特性。飞机的安定性包括：俯仰安定性、方向安定性和横侧安定性。 飞机安定性的的强弱，一般由摆动衰减时间、摆动幅度、摆动次数来衡量。当飞机受到扰动后，恢复原来平衡状态时间越短，摆动幅度越小，摆动次数越少，飞机的安定性就越强。 飞机的俯仰安定性：指飞机受微小扰动迎角发生变化，自动恢复原来迎角的特性。飞机是通过水平尾翼产生的附加升力，对机场重心形成机头下俯或上仰的安定力矩来获得迎角安定性的。此外，飞机的重心位置对迎角安定性有较大影响，所以，飞机的配载是很重要的。 飞机的方向安定性：指飞机受到扰动使方向平衡遭到破坏，扰动消失后，飞机又趋向于恢复原来的方向平衡状态。飞机的方向安定力矩是在侧滑中产生的。飞机的侧滑是指飞机的运动方向同收音机的对称面不平衡，相对气流是侧前方（左、右侧）流向飞机的飞行状态。飞机主要依靠垂直尾翼的作用、产生一个对飞机重心的安定力矩使机头左、右偏转来消除飞机侧滑的。 飞机的横侧安定性：是指在飞行中，飞机受到扰动以致横侧平衡状态遭到破坏，而在扰动消失后，飞机又趋向
