長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案一、 氣流和相對氣流

飛行根本原理第一節(jié)氣流特性空氣流淌簡稱為氣流?？諝馀c物體之間有相對運(yùn)動，就有相對氣流。流線和流線譜：空氣經(jīng)過空間任意一點(diǎn)的速度、壓力和密度都不隨時(shí)間而變化的氣流叫穩(wěn)定氣流，穩(wěn)定氣流中空氣質(zhì)點(diǎn)流淌的路線叫流線。很多流線所組成的反映空氣流淌全貌的圖形叫流線譜。飛機(jī)的翼型和迎角都會對流線譜產(chǎn)生影響。壓力分布也就隨之而變。迎角對于流線譜也有變化影響。飛機(jī)是重于空氣的飛行器，當(dāng)飛機(jī)飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機(jī)的空氣動力，飛機(jī)就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機(jī)升力和阻力的產(chǎn)生之前，我們還要生疏空氣流淌的特性，要引用低速氣流的兩個(gè)定理：氣流連續(xù)性原理和伯努利定律。二、氣流的連續(xù)性原理我們知道，在河道寬而深的地方，河水流得比較慢；而在河道窄而淺的地方，卻流得比較快。夏天乘涼時(shí)，我們總寵愛坐在兩座房屋之間的過道中，由于那里常有“過堂風(fēng)”。在山區(qū)你可以感到山谷中的風(fēng)常常比平原開闊的地方來得大。這些現(xiàn)象都是流體“連續(xù)性定理”在自然界中的表現(xiàn)。第 1 頁 共5頁長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案的氣流都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的氣流的質(zhì)量和從另一切面流出的氣流質(zhì)量是相等的。氣流連續(xù)性方程式：M=PVA 質(zhì)量=密度*速度*面積三、伯努利定律速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理就是要闡述流低速氣流在流淌中流速和壓力之間的關(guān)系。伯努利定理根本內(nèi)容：流體在一個(gè)管道中流淌時(shí)，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大(1)(2)(3)定常流淌、(4)在所考慮的范圍內(nèi)，沒有能量的交換、(5)在同一條流線上或同一根流管上。度和壓力這三者之間的關(guān)系。綜合這兩個(gè)定理，我們可以得出如下結(jié)論：低速定常流淌的氣體〔不行壓定常流淌是解=利定理只適用于低速，即氣流不行壓縮、密度不變的流淌狀況，不能推廣到高速流淌的氣體。其次節(jié)升力、阻力、側(cè)力的產(chǎn)生和變化飛機(jī)在空氣中運(yùn)動或者空氣流過飛機(jī)時(shí)，就會產(chǎn)生作用于飛機(jī)的空氣動力，飛機(jī)各局部所受到的空氣動力的總和，叫總空氣動力，通常用R一、 升力的產(chǎn)生與變化1、升力的產(chǎn)生從流線譜可以看出：空氣流到機(jī)翼前緣，分成上、下兩股，分別沿機(jī)翼上、下外表流過，而在機(jī)翼后緣重集合向后流去。在機(jī)翼上外表，由于比較凸出，流管變細(xì)，說明流速加快，壓力降低。在機(jī)翼下外表，氣流受到阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。于是，機(jī)翼上、下外表消滅了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和，就是機(jī)翼的升力。2迎角、飛行速度、空氣密度、機(jī)翼面積、翼型迎角的變化規(guī)律：參見書59頁圖4—12.小于臨界迎角，迎角和升力成正比；到達(dá)臨界迎角，升力最大；大于臨界迎角，升力與迎角成反比。飛行速度的關(guān)系：升力與飛行速度的平方成正比。第 2 頁 共5頁長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案共5頁第共5頁第頁3空氣密度的關(guān)系：升力與空氣密度成正比。機(jī)翼面積的關(guān)系：升力與機(jī)翼面積成正比。翼型的關(guān)系：翼型彎曲程度較大的機(jī)翼，產(chǎn)生的升力較大。案例：航班起飛前宣布超載打算從麗江趕回廣州上班的劉先生購置了金鹿航空公司DA382航班〔737〕的機(jī)票，并在昨天一早到機(jī)場辦理登機(jī)手續(xù)。但在辦手續(xù)的時(shí)候，機(jī)場公布消息稱：由于飛機(jī)調(diào)度緣由，該航班延誤。到了中午2時(shí)許，劉先生搭乘的飛機(jī)最終抵達(dá)麗江機(jī)場。但在飛機(jī)預(yù)備起飛的時(shí)候，空姐突然告知旅客：15300元，并安排住宿一晚。由于大家都趕著回廣州上班，因此開頭的時(shí)候沒有人情愿改簽。由于雙方意見未能達(dá)成一致，大家在飛機(jī)上始終協(xié)商。沒想到了晚上6點(diǎn)鐘左右，空姐突然又向旅客宣布：飛機(jī)沒有超載，馬上就可以起飛了，要求各旅客按原位坐好。正在嚷嚷的旅客聽到這一消息驚異不已，原來說超載的飛機(jī)，在并沒有任何一人下飛機(jī)的狀況下，突然又變成不超載了？旅客感到不解的同時(shí)，也開頭為自己的安全擔(dān)憂。因此，原來坐在客艙里的旅客全部都下飛機(jī)了，有的在停機(jī)坪等候，有的則回到候機(jī)室休息，就是沒有一名旅客留在飛機(jī)上?！斑B空姐也解釋不了為什么開頭的時(shí)候說超載，但后來又不超載了?！贝送?，旅客認(rèn)為從頭開頭，一直都是乘務(wù)員在向他們做解釋工作，而機(jī)長則完全沒有露面，只是從駕駛艙里通過播送，拋出一句們現(xiàn)在不情愿走的可以退票。”對此，劉先生感到格外生氣，覺得并沒有受到敬重。航空公司：起飛要求導(dǎo)致由于麗江機(jī)場屬于高原機(jī)場，需要特定的飛機(jī)飛行，而且飛機(jī)必需減載。而他們在麗江并沒有自己的工作人員，因此飛機(jī)配載圖在起飛前才送到飛行員手上，此時(shí)機(jī)組人員才覺察飛機(jī)超載了，要求局部旅客下飛機(jī)，以減輕飛機(jī)的起飛重量。而后來，由于下午麗江的氣溫降低，經(jīng)過儀表測試，飛機(jī)又符合了起飛要求，因此向旅客宣布可以起飛。二、阻力的產(chǎn)生與變化1飛機(jī)飛行在空氣中會有各種阻力，阻力是與飛機(jī)運(yùn)動方向相反的空氣動力，它阻礙飛機(jī)的前進(jìn)。按其產(chǎn)生的緣由可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力、干擾阻力。摩擦阻力：空氣的物理特性之一就是粘性。當(dāng)空氣流過飛機(jī)外表時(shí)，由于粘性，空氣同飛機(jī)外表發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個(gè)阻擋飛機(jī)前進(jìn)的力，這個(gè)力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，打算于空氣的粘性，飛機(jī)的外表狀況，以及同空氣相接觸的飛機(jī)外表積?？諝庹承栽酱蟆w機(jī)外表越粗糙、飛機(jī)外表積越大，摩擦阻力就越大。壓差阻力：人在逆風(fēng)中行走，會感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機(jī)的機(jī)身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。阻力，是飛機(jī)為產(chǎn)生升力而付出的一種代價(jià)，這叫做誘導(dǎo)阻力。和機(jī)翼、機(jī)身和尾翼、機(jī)翼和發(fā)動機(jī)短艙、機(jī)翼和副油箱之間。以上四種阻力是對低速飛機(jī)而言，至于高速飛機(jī)〔如超音速飛機(jī)〕，除了也有這些阻力外，還會產(chǎn)生激波阻力等其他阻力。2迎角的影響關(guān)系：迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超過臨界迎角，阻力急劇增大。也會較小，反之則大。其他變化規(guī)律與升力一樣。3阻力公式：X=Cx1/2pv2s阻力系數(shù)：Cx4—154衡量一架飛機(jī)的空氣動力性能，不能單從升力，或單從阻力一個(gè)方面來看，必需把兩者結(jié)合起來，分析升力和阻力之間的比照關(guān)系。比。升阻比大，說明在取得同一升力的狀況下，阻力比較小。升阻比越大，飛機(jī)的空氣動力性能越好，對飛行越有利。迎角增加，因升力系數(shù)比阻力系數(shù)增加的倍數(shù)多，所以升阻比是增大的，到有利迎角，升阻比到達(dá)最大值。超過有利迎角，再增大迎角，因升力系數(shù)比阻力系數(shù)增加的倍數(shù)少，所以升阻比減小。飛機(jī)在有利迎角下飛行是有利的，所以一般飛機(jī)飛行的迎角都不大。5力系數(shù)和阻力系數(shù)隨迎角而變化的關(guān)系，綜合地用一條曲線畫出來，這條曲線就是飛機(jī)的空氣動力系數(shù)曲線，簡稱飛機(jī)極線。飛機(jī)極線比較全面地表達(dá)了飛機(jī)的空氣動力性能，在空氣動力計(jì)算中很有用處。從飛機(jī)極線上還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，可以由飛機(jī)極線上查出的升力系數(shù)和阻力系數(shù)計(jì)算出來。6以空氣為例，空氣流過物體時(shí),由于物體外表不是確定光滑的,加之空氣具有粘性,所以,緊貼物體外表的一層空氣受到阻滯,流速減小為零。這層流速為零的空氣又通過粘性作用影響上一層空,使上層空氣流速減小?？諝饬鬟^飛機(jī)時(shí)，貼近飛機(jī)外表、氣流速度由層外主流速度逐漸降低為零的那一層空氣流淌層。摩擦阻力是在附面層內(nèi)產(chǎn)生的 。7機(jī)翼上用來改善氣流狀況和增加升力的一套活動面板?？稍陲w機(jī)起飛、著陸或低速機(jī)動飛行時(shí)增加機(jī)翼剖面之彎曲度及迎角，從而增加升力。常見有前緣縫翼、前后緣襟翼、噴氣襟翼等等。第三節(jié)飛機(jī)的平衡安定性和操縱性一、 飛機(jī)的重心飛機(jī)各局部重力的合力著用點(diǎn)，稱為飛機(jī)的重心。重力作用力點(diǎn)所在的位置，叫重心位置。二、 飛機(jī)的轉(zhuǎn)動軸通過飛機(jī)重心的三條相互垂直的、以機(jī)體為基準(zhǔn)的坐標(biāo)軸，叫轉(zhuǎn)動軸。它可分為：縱軸：沿機(jī)身軸線，通過飛機(jī)重心的軸線，叫飛機(jī)的縱軸。飛機(jī)繞縱軸的轉(zhuǎn)動，叫橫向滾轉(zhuǎn)。橫軸：沿機(jī)翼方向通過飛機(jī)重心并垂直縱軸的軸線，叫飛機(jī)的橫軸。飛機(jī)繞橫軸的轉(zhuǎn)動，叫俯仰轉(zhuǎn)動。(3)立軸：通過飛機(jī)重心并垂直于縱軸和橫軸的軸線，叫飛機(jī)的立鈾。飛機(jī)繞立軸的轉(zhuǎn)動，叫方向偏轉(zhuǎn)。三、 飛機(jī)的力矩平衡狀態(tài)時(shí)，飛機(jī)速度的大小和方向都保持不變，也不繞重心轉(zhuǎn)動。飛機(jī)的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和橫側(cè)平衡。1飛機(jī)的俯仰平衡是指作用于飛機(jī)的各俯仰力矩之和為零。飛機(jī)取得平衡后，不繞橫軸轉(zhuǎn)動，迎角保持不變。2轉(zhuǎn)動，側(cè)滑角不變或沒有側(cè)滑角。3不變或沒有坡度。作用于飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)力矩，主要有兩翼升力對重心形成的力矩。三、 飛機(jī)的安定性飛機(jī)的安定性就是飛行中，當(dāng)飛機(jī)受微小擾動〔如陣風(fēng)、發(fā)動機(jī)工作不均衡、舵面的間或偏轉(zhuǎn)等〕而偏離原來的平衡狀態(tài)，并在擾動消逝后，不經(jīng)飛行員操縱，飛機(jī)自動恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的特性。飛機(jī)的安定性包括：俯仰安定性、方向安定性和橫側(cè)安定性。飛機(jī)安定性的的強(qiáng)弱，一般由搖擺衰減時(shí)間、搖擺幅度、搖擺次數(shù)來衡量。當(dāng)飛機(jī)受到擾動后，恢復(fù)原來平衡狀態(tài)時(shí)間越短，搖擺幅度越小，搖擺次數(shù)越少，飛機(jī)的安定性就越強(qiáng)。尾翼產(chǎn)生的附加升力，對機(jī)場重心形成機(jī)頭下俯或上仰的安定力矩來獲得迎角安定性的。此外，飛機(jī)的重心位置對迎角安定性有較大影響，所以，飛機(jī)的配載是很重要的。飛機(jī)的方向安定性：指飛機(jī)受到擾動使方向平衡遭到破壞，擾動消逝后，飛機(jī)又趨向于恢復(fù)原來的方向平衡狀態(tài)。飛機(jī)的方向安定力矩是在側(cè)滑中產(chǎn)生的。飛機(jī)的側(cè)滑是指飛機(jī)的運(yùn)動方向同收音機(jī)的對稱面不平衡，相對氣流是側(cè)前方〔左、右側(cè)〕流向飛機(jī)的飛行狀態(tài)。飛機(jī)主要依靠垂直尾翼的作用、產(chǎn)生一個(gè)對飛機(jī)重心的安定力矩使機(jī)頭左、右偏轉(zhuǎn)來消退飛機(jī)側(cè)滑的。飛機(jī)又趨向于恢復(fù)原來的橫側(cè)平衡狀態(tài)。飛機(jī)的橫側(cè)安定性主要靠機(jī)翼上的反角、后掠角和垂直尾翼的作用產(chǎn)生的。四、 飛機(jī)的操縱性作性是只指飛機(jī)在飛行員操縱升降舵、方向舵和副翼下轉(zhuǎn)變其飛行狀態(tài)的特性。操縱動作簡潔、省力，飛機(jī)反響快，操作性就好，反之則不。飛機(jī)的操縱性同樣包括俯仰操縱性、方向操縱性和橫側(cè)操縱性。飛機(jī)的俯仰操縱性是飛行員操縱駕駛桿使升降舵偏轉(zhuǎn)之后的特性。在直線飛行中，飛行員向后拉駕駛桿，升降舵向上偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，在水平尾翼上產(chǎn)生向下的附升力，對飛機(jī)重心形成俯仰操作力矩，迫使