《民航概论民用航空器之一》由会员分享,可在线阅读,更多相关《民航概论民用航空器之一(14页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
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