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1、第二章 民用航空器21 民用航空器的分类一、航空器的分类1. 航空器：任何可以从空气的反作用力取得支撑力的机器。2. 气球：升力来自于气囊，充气：热空气、氢气、氦气。3. 自由气球：随风向而飘移；系留气球：由绳索系留在地面。4. 飞艇：l 升空原理与气球相同，但带有动力装置，可依靠自身动力飞向预定的目的地。l 特点：体积大，速度慢，不灵活，易失火。用于早期的航空运输。l 现用于2巡逻、摄影、吊装大型设备及空中广告等。5. 滑翔机没有动力驱动的带有固定机翼的重于空气的航空器，它的起飞要靠其他动力器械的拖曳或靠从高地下滑来实现。应用：体育运动、训练竞赛、普及航空知识。6. 风筝是最早出现的重于空气
2、的飞行器。7. 飞机固定翼航空器l 特征：有动力和固定机翼。l 按用途分：l 按起降场所分(1) 直升机原理：利用机身上的动力驱动旋翼旋转而取得升力，能垂直起飞、降落。(2) 旋翼机在机身上方也有一个巨大的旋翼，和直升机的区别：用动力驱动螺旋桨推动机身向前运动，由旋翼和迎面气流的相互作用使旋翼产生升力，只用于体育活动。(3) 扑翼机是人类模仿鸟类飞行而制造的机翼可以上下扑动的航空器，只处于研制试飞阶段。二、民用飞机的分类按飞机的用途分为：航线飞机、通用航空飞机。航线飞机是商业运输用，通用航空飞机用于通用航空。（一）航线飞机又称运输机，分为：航线飞机是民用航空运输的主体，尤其是旅客机占了大部分。
3、客机分类：1. 按航程分：据此，又可将客机分为干线飞机、支线飞机。干线飞机：指远、中程客机，一般用于国内干线和国际航线。（干线：用于大城市和小城市之间，在一定区域飞行。）支线飞机：用于支线飞行的短程客机。2. 按飞机发动机类型分：l 活塞式飞机：利用气体膨胀做功，产生推力。早期普遍使用。l 喷气式飞机：通过燃油在发动机内部燃烧，使燃料的化学能转化为机械能，同时利用反作用力把气体排向后方产生推力。3. 按发动机数量分：4. 按飞行速度分：目前，多数喷气式客机为高亚音速飞机类型。投入运营的超音速飞机：（1）苏联研制的 图144超音速客机（2）英、法联合研制的 “协和”号超音速客机5. 按客座数分：
4、6. 按机身直径分：（二）通用航空飞机1. 公务机2. 农业机3. 教练机4. 多用途轻型飞机三、民用航空器的使用概况和使用要求：1. 使用：98以上为飞机，2为直升机（短途运输、农业航空、空中摄影）；2. 要求：安全、快速、经济、舒适及符合环保要求。2.2 飞行基本原理一、飞机升力的产生l 基本概念（1）流体：包括气体和液体。（2）稳定流动：流体的流动不随时间变化。例：液体流过不同截面的容器，保持容器内液体表面位置不变，则液体的流动不随时间变化。（一）伯努利定理1. 连续性定理l 假设：12S1,v1S2,v2（1） 流体流速不太高，则流体不可压缩，即在流体流动过程中，流体的密度不发生变化；
5、（2）流体没有渗漏。l 在稳定流动条件下，由文氏管流动实验可知：a) 流动是连续的，单位时间内进口处和出口处所流过的流体质量是相同的；据此，进一步推导如下：l 假设M1，M2分别为流体流经各截面处的质量，则有M1=M2 (1)又根据：有：所以有： （2）式（2）又称为流体的连续性定理，其物理意义是：l 单位时间流过各截面的流体质量相等；l 流体的流速与管道截面积大小成反比（截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大）。2. 流体的伯努力定理l 几个定义：（1）静压P：是流体作用在容器壁上的压强，是单位流体在静止时所具有的能量。（2）动压Q：是流体流动时在流动方向上所产生的压强，是单位流体内包含
6、的运动能量。（3）总压P0：是单位流体内动能和静止能的总和。l 定理推导：在流体流动中，它的能量包含动能和势能（压力能）两部分，根据能量守恒定律，如果把能量的损耗忽略不计，流体在各截面上的能量总和是不变的，所以有： （3）即：l 讨论：根据式（2）和式（3），可以得到以下结论：（1）在截面积小的地方流速大，截面积大的地方流速小（根据式2）；（2）流速v大时（即动能大），静压小（势能小）；流速小的地方静压大。（根据式3，可以理解成增加的动能来自于势能的减小）（3）综合2，3，可得出：截面积小的地方静压小，即静压与截面积成正比。（4）伯努力定理在低速稳定流动时比较适用，对高速流动时，只能做定性分析
7、。（高速流动，气体则不能再视为不可压缩流体，同时其密度变化也不容忽略）l 伯努力定理的应用风洞实验（二）飞机升力的产生1. 问题的提出：起点终点人和小狗比赛跑步，从起点同时出发，要求小狗和人同时到达终点，请问小狗和人的跑步速度谁更快？答案是：小狗快，因为小狗所走过的路程要比人走过的要长，则必然速度要更快一些，才能在同一时间与人一起到达终点。2. 类似地，我们可以分析飞机升力的产生原理：V1, P1，P01如下图所示：V2, P2, P02气流经过机翼前缘时，被分成两部分：一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。根据连续性定理：流过上表面和下表面的气流在机翼前缘分离后，将在相同的时间到达机翼后缘
8、并汇合。由于机翼上表面的弯曲弧度大，气流流经上表面所走过的路程要比下表面的长（这是由飞机翼型剖面的特点所决定的），类似于小狗与人速度的对比分析可知：流过机翼上表面的速度（记为v1）比流过下表面的气流速度（记为v2）更快。即：根据伯努力定理：上、下表面的总压相等，即，所以有：（4）这样，在机翼的上、下表面的静压不同，即产生了压力差。该压力差在垂直于相对气流方向的分量，就是升力。3. 一些定义 翼剖面：沿平行于机身纵轴方向把机翼切下的剖面。 翼弦：机翼翼型的前缘点和后缘点的连线。 迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。压力中心CP（Center of Pressure）：机翼升力的着力点。 重心CG（C
9、enter of Gravity）。4. 升力公式l Cy飞机的升力系数，与飞机翼型、迎角大小有关；l 飞机的飞行动压l l 临界S机翼的面积5. 升力系数随迎角的变化规律（1）当，升力系数随迎角增大而增大；（2）当，升力系数为最大；（3）当，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。飞机不应以大于或接近于“临界迎角”的迎角飞行！失速：当迎角增大到一定值（达到并超过）时，机翼几乎横在气流中，此时，气流的流线被破坏，气流从机翼前缘开设分离，尾部形成涡流，造成飞机升力突然迅速降低，阻力迅速增大，此状态称为飞机的失速。飞机进入失速后，飞机会发生螺旋、下降以及抖振现象。（三）飞机上作用的力升力重力推力阻
10、力LiftPullWeightDrag飞机上作用的力主要有两对四个力：升力重力，推力阻力。升力克服重力，推力克服阻力。1. 升力升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。2. 阻力阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。l 阻力公式：阻力系数l 阻力产生原因对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：l 摩擦阻力l 压差阻力l 扰阻力l 诱导阻力（1）摩擦阻力由于飞机表面上空气有粘性，气流与飞机表面发生粘滞摩擦而引起的与飞行方向相反的力。摩擦阻力与飞行速度成正比，且与飞机的表面积成正比，与飞
11、机表面的粗糙程度有关，表面越粗糙，摩擦阻力越大。（2）压差阻力l 定义：是由飞机前方受到的动压和后方形成的低压的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。l 产生原因：气流流过机翼后，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。l 影响因素：飞机压差阻力与飞机迎风面积、机翼翼型和迎角有关。迎风面积大，迎角越大，压差阻力也越大。（3）干扰阻力l 定义：飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的额外阻力。l 影响因素：飞机各部件之间的结合状况。飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效减小干扰阻力的大小。
12、（4）诱导阻力l 定义：由于翼尖涡流的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。l 翼尖涡的形成正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。这样形成的漩涡称为翼尖涡。l 诱导阻力的产生空气在翼尖形成漩涡，产生一个向下的下洗速度，使原来的相对气流速度方向发生改变，由vv，使升力L偏转到L，L的水平分量D，即为诱导阻力。如下图所示： LLD诱导阻力是伴随着升力的产生而产生。l 影响诱导阻力的因素 机翼平面形状；（椭圆形机翼的诱导阻力最小） 展弦比越大，诱导阻力越小。 升力越大，诱导阻力越大。 加装翼梢小翼可以减小诱导阻力。（5）激波阻力对于高速飞行，除了上述四个阻力外，还产生一个激波阻力。l 产生原因当物体以接近于音速飞行时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气层，该层空气密度增加，阻力增加，空气分子剧烈碰撞，使稳定增加，称为激波。激波导致：阻力增加，升力减小，形成“音障”。飞机速度接近和超过音速时，只有当推力增大到一定程度时，才能克服激波带来的阻力，突破音障。l 马赫数MV：飞行速度a：当地音速l 超音速飞机在超越音障时，由于激波的传播，发出雷鸣般的声音，称音爆。超音速飞行，燃料消耗大，经济性差。l 高亚音速飞机在局部区域上可能达到或超过音速，产生局部激波。应尽可能推迟激波的产生
