2 北航飞行力学_飞机的基本飞行性能
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空气动力学及飞行原理课程飞行力学部分知识要点第一讲:飞行力学基础1.坐标系定义的意义2.刚体飞行器的空间运动可以分为两部分:质心运动和绕质心的转动。
描述任意时刻的空间运动需要六个自由度:三个质心运动和三个角运动3.地面坐标系, O 地面任意点,OX 水平面任意方向,OZ 垂直地面指向地心,OXY 水平面(地平面),符合右手规则在一般情况下。
4.机体坐标系, O 飞机质心位置,OX 取飞机设计轴指向机头方向,OZ 处在飞机对称面垂直指向下方,OY 垂直面指向飞机右侧,符合右手规则5.气流(速度)坐标系, O 飞机质心位置,OX 取飞机速度方向且重合,OZ 处在飞机对称面垂直指向下方,OY 垂直面指向飞机右侧,符合右手规则6.航迹坐标系, O取在飞机质心处,坐标系与飞机固连,OX轴与飞行速度V重合一致,OZ轴在位于包含飞行速度V在内的铅垂面内,与OX轴垂直并指向下方,OY轴垂直于OXZ平面并按右手定则确定7.姿态角, 飞机的姿态角是由机体坐标系和地面坐标系之间的关系确定的:8. 俯仰角—机体轴OX 与地平面OXY 平面的夹角,俯仰角抬头为正;9. 偏航角—机体轴OX 在地平面OXY 平面的投影与轴OX 的夹角,垂直于地平面,右偏航为正;10. 滚转角—机体OZ 轴与包含机体OX 轴的垂直平面的夹角,右滚转为正11. 气流角, 是由飞行速度矢量与机体坐标系之间的关系确定的12. 迎角—也称攻角,飞机速度矢量在飞机对称面的投影与机体OX 轴的夹角,以速度投影在机体OX 轴下为正;13. 侧滑角—飞机速度矢量与飞机对称面的夹角14. 常规飞机的操纵机构主要有三个:驾驶杆、脚蹬、油门杆,常规气动舵面有三个升降舵、副翼、方向舵15. 作用在飞机上的外力,重力,发动机推力,空气动力16. 重力,飞机质量随燃油消耗、外挂投放等变化,性能计算中,把飞机质量当作已知的常量17. 空气动力中,升力,阻力,的计算公式,动压的概念。
北航飞行力学先导基础
北航飞行力学先导基础是指在学习飞行力学之前,需要掌握的基础知识和技能。
这些基础包括但不限于以下几个方面:
1.数学基础:包括向量、矩阵、微分方程等数学工具的基础知识。
飞行力学中经常会涉及到复杂的数学运算,因此熟练掌握这些数学工具是非常重要的。
2.力学基础:包括质点力学、刚体力学、流体力学等基本力学理论。
学习飞行力学需要对物体在空中运动的力学性质有一定的理解和掌握。
3.航空航天基础知识:包括对航空航天器的基本结构和原理有一定的了解。
了解飞机的结构和组成部分,以及飞机在空中的运行原理,对学习飞行力学很有帮助。
4.基本物理学知识:包括几何光学、热力学、电磁学等基础物理学知识。
这些知识在飞行力学的学习中有时会被应用到。
学习飞行力学需要对以上基础知识有一定的了解和掌握,并且在学习过程中不断加强和深化。
同时,还需要具备较强的实践操作能力和分析问题的能力,这些是学习飞行力学所必备的素质。
飞行力学知识点总结一、飞行力学的基本概念1. 飞行力学的定义飞行力学是研究飞机在大气环境中的运动规律和飞行性能的科学学科。
它包括飞行动力学、飞行静力学和航向稳定性等内容。
2. 飞机的运动状态飞机的运动状态包括静止状态、匀速直线运动状态和加速直线运动状态等多种状态。
在进行飞机设计与分析时,需要充分考虑飞机在不同运动状态下的特性和性能。
3. 飞机的坐标系飞机通常采用本体坐标系和地理坐标系进行描述和分析。
本体坐标系是以飞机为参考物体建立的坐标系,用于描述和分析飞机内部的运动规律;地理坐标系是以地球表面为参考物体建立的坐标系,用于描述和分析飞机在大气中的运动规律。
4. 飞机的运动参数飞机的运动参数包括速度、加速度、位移、航向、倾角等多个参数,这些参数直接影响着飞机的飞行状态和性能。
二、风阻和升力1. 风阻的概念和特性风阻是飞机在飞行中受到的空气阻力,它随飞机速度和气动外形等因素变化。
风阻的大小直接影响飞机的燃油消耗和续航力。
2. 风阻的计算方法风阻的计算一般采用实验测定和理论计算相结合的方法,通过气动力学原理和风洞试验等手段来确定飞机在不同速度下的风阻系数和风阻大小。
3. 升力的概念和特性升力是飞机在飞行过程中所受到的向上的气动力,它是飞机能够在大气中持续飞行的重要保障。
升力的大小取决于飞机的气动外形、机翼面积和攻角等因素。
4. 升力的计算方法升力的计算一般采用理论推导和数值模拟相结合的方法,通过气动力学公式和实验数据来确定飞机在不同状态下的升力大小和升力系数。
三、飞机的稳定性和控制1. 飞机的平衡状态飞机的平衡状态包括静态平衡和动态平衡两种状态。
静态平衡是指飞机在静止状态下所处的平衡状态,动态平衡是指飞机在运动过程中所处的平衡状态。
2. 飞机的稳定性飞机的稳定性是指飞机在受到外界扰动时能够自动恢复到原来的平衡状态的能力。
飞机的稳定性直接影响着其飞行过程中的安全性和舒适性。
3. 飞机的控制系统飞机的控制系统包括飞行操纵系统、引擎控制系统和动力控制系统等多个部分,它们协同工作来保证飞机在飞行中能够保持稳定的运动状态和实现各种飞行任务。
第二讲飞机的基本飞行性能讲义一、引言飞机的基本飞行性能是指飞机在不同飞行阶段中的各种性能指标。
了解和掌握飞机的基本飞行性能对于飞行员和飞机设计师来说都是十分重要的。
本讲义将介绍飞机的基本飞行性能指标及其计算方法。
二、起飞性能起飞性能是飞机在地面开始起飞到到达安全飞行高度之间的性能指标。
主要包括起飞距离、起飞速度和最大爬升率。
1. 起飞距离起飞距离是指飞机从起飞开始到离地面50英尺高时所需的距离。
起飞距离计算公式如下:起飞距离 = 加速距离 + 抬轮距离 + 离地距离其中,加速距离是指飞机从静止到达起飞速度所需的距离;抬轮距离是指飞机从离地面50英尺高到离地面100英尺高所需的距离;离地距离是指飞机离开地面100英尺高时所需的距离。
2. 起飞速度起飞速度是指飞机在起飞时所需的最低速度。
起飞速度取决于飞机的重量和机翼的亮度。
一般来说,起飞速度随飞机重量的增加而增加,随机翼的亮度的增加而减小。
3. 最大爬升率最大爬升率是指飞机在起飞过程中爬升的最大速率。
最大爬升率取决于飞机的发动机推力、机翼提供的升力和飞机的阻力。
飞机的最大爬升率在不同高度下可能会有所不同。
三、巡航性能巡航性能是指飞机在巡航飞行阶段的性能指标。
主要包括巡航速度、巡航升力系数和巡航推力。
1. 巡航速度巡航速度是指飞机在巡航飞行阶段所保持的恒定速度。
巡航速度取决于飞机的气动性能和发动机的推力。
为了保持较低的燃料消耗和较长的航程,飞机会选择一个较低的巡航速度。
2. 巡航升力系数巡航升力系数是指飞机在巡航飞行阶段的升力与机翼面积、空气密度和飞机速度的比值。
巡航升力系数影响飞机的升力和阻力。
3. 巡航推力巡航推力是指飞机在巡航飞行阶段的发动机推力。
巡航推力决定飞机的速度和燃料消耗。
四、下降和着陆性能下降和着陆性能是指飞机从巡航飞行阶段到着陆的过程中的性能指标。
主要包括下降速度、下降距离和着陆距离。
1. 下降速度下降速度是指飞机从巡航飞行阶段开始向地面下降时的速度。
飞行器的飞行原理和飞行性能飞行原理一、飞机的升力和阻力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的产生之前,我们还要认识空气流动的特性,即空气流动的基本规律。
流动的空气就是气流,一种流体,这里我们要引用两个流体定理:连续性定理和伯努利定理:流体的连续性定理:当流体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流体都不能中断或挤压起来,因此在同一时间内,流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。
连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。
流体在流动中,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体流动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。
飞机的升力绝大部分是由机翼产生,尾翼通常产生负升力,飞机其他部分产生的升力很小,一般不考虑。
从上图我们可以看到:空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去。
机翼上表面比较凸出,流管较细,说明流速加快,压力降低。
而机翼下表面,气流受阻挡作用,流管变粗,流速减慢,压力增大。
这里我们就引用到了上述两个定理。
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。
这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力,从而翱翔在蓝天上了。
机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压力的作用,一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右,下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。
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,这里我们也需要对它有所了解。
按阻力产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力。
课程设计报告飞机飞行性能计算学生姓名:学号:专业方向:飞行器设计与工程指导教师:(2011年9月22日)摘要用简单推力法计算飞机的基本飞行性能,包括各高度上的航迹倾角γ和上升率Vv,最大航迹倾角γmax 和最快上升率Vvmax,最大最小平飞速度,以及最短上升时间。
计算续航性能和起飞着陆性能。
用C语言编写相关的计算程序,利用所给的有关数据完成计算并结合所学习的飞行动力学对所得的计算结果作出分析,将合理的结果写到报告中。
再分别对影响飞行性能的几个主要参数:升力系数和耗油率作1~1.05的步长为0.01的改变,并与原来的计算结果作比较,定量直观的认识相关参数对飞行性能的影响程度,为以后的设计工作提供一定的参考。
目录1计算目的 (1)2 计算内容 (1)2.1 基本飞行性能计算 (1)2.2 续航性能计算 (2)2.3 起飞着陆性能计算 (2)2.4 参数变化对飞机飞行性能的影响计算 (2)3 计算方法 (3)3.1 发动机可用推力和平飞需用推力 (3)3.2最小平飞速度和最大平飞速度 (3)3.3航迹倾角和上升率v V (4)3.4最短上升时间 (5)3.5航程和航时 (6)3.6离地速度和接地速度 (7)3.7安全高度处飞行速度 (7)3.8起飞地面滑跑段的距离和时间 (7)3.9起飞空中段的距离和时间 (8)3.10着陆空中段的距离和时间 (8)3.11着陆地面滑跑段的距离和时间 (8)4编程原理、方法 (10)4.1程序结构 (10)4.1.1航迹倾角γ和上升率Vv 的计算 (10)4.1.2最大航迹倾角γmax 及对应速度Vγ和最快上升率VVmax 及对应速度Vqc (10)4.1.3最小平飞速度Vmin 和最大平飞速度Vmax 的计算 (11)4.1.4最短上升时间sumtime 的计算 (11)4.1.5航程和航时的计算 (12)4.1.6起落性能的计算 (13)5计算结果及其分析 (14)5.1基本飞行性能计算 (14)5.1.1航迹倾角 (14)5.1.2上升率 (16)5.1.3最大航迹倾角与最快上升率 (17)5.1.4理论升限和实用升限 (19)5.1.5各高度上的最大平飞马赫数和最小平飞马赫数 (20)5.1.6由min M ~H ,m ax M ~H ,M ~H 和qc M ~H 组成的飞行包线 (23)5.1.7最短上升时间 (23)5.2巡航性能计算 (24)5.3起飞着陆性能计算 (25)5.3.1起飞地面滑跑段距离和时间 (25)5.3.2起飞空中段距离和时间 (26)5.3.3着陆空中段距离和时间 (26)5.3.4着陆地面滑跑段距离和时间 (27)6参数变化对飞机飞行性能的影响 (28)6.1改变升力系数Cl (28)6.1.1离地速度和接地速度的变化 (28)6.1.2起飞着陆距离与时间的变化 (29)6.1.3最小平飞速度的变化 (37)6.2改变耗油率Cf (39)7 结论 (41)参考文献 (42)附录一用抛物线求极值的方法 (43)附录二使用抛物线插值的方法 (44)附录三使用抛物线插值求极值子函数 (45)附录四使用抛物线插值子函数 (46)1计算目的巩固用简单推力法计算飞机基本飞行性能、以及续航性能和起飞着陆性能的计算原理、方法和步骤,培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力。
航空工程中的飞行力学航空工程是一门广泛涉及机械、电子、材料学科的综合性工程学科,它的目标是设计、制造和运用各种航空器及其部件。
飞行力学则是航空工程中的重要分支,它是研究飞行物体运动学、动力学及其稳定性和控制的学科。
本文将从基础概念、主要内容和应用领域三个方面探讨航空工程中的飞行力学。
一、基础概念飞行力学是一门应用数学学科,它主要涉及到微分方程、矩阵、向量和非线性动力学等方面的知识。
在飞行力学中,最基本的概念就是牛顿第二定律:任何物体的加速度大小与所受合外力大小成正比,与物体质量成反比。
在航空工程中,为了描述飞机的运动,需要引入飞行力学中的一些特殊概念,比如攻角、侧滑角、滚转角等。
攻角是飞机机头与飞行方向之间的夹角,侧滑角是机身和飞行方向之间的夹角,而滚转角则是飞机绕纵轴旋转的角度。
这些概念在飞行力学中非常重要,它们不仅可以描述飞机的运动状态,还能为后续的研究提供方便。
二、主要内容飞行力学主要包含飞行动力学、飞行稳定性和控制三大部分。
1.飞行动力学飞行动力学研究飞机的运动学和动力学,其中包括质心运动、自旋、侧偏等运动。
飞机航向的变换主要通过方向舵、襟翼和升降舵等控制面进行,而操纵面的运动又由飞机上的电控系统控制,以达到操纵飞机的目的。
飞行动力学的研究可以帮助我们深入了解飞机运动的特点和规律,从而为飞机的设计与改进提供依据。
2.飞行稳定性飞行稳定性是指在各种各样的环境中,飞机始终能够按照预期进行飞行的能力。
飞行稳定性研究的是飞机绕各种旋转轴的稳定性,如悬挂稳定性、滚转稳定性、尾旋稳定性等。
飞行稳定性的保证是飞行安全的前提,因此,各个国家的航空工程专家都在不断的研究和改进飞行稳定性的问题。
3.飞行控制飞行控制是指对飞机的轨迹、速度、姿态等状态进行控制的手段和方法。
控制包括自动控制和手动控制。
自动控制可以使飞机在航行、起飞、着陆等过程中自动调整姿态和速度,而手动控制是通过人机接口控制飞机进行各种动作。
控制面的设计和控制系统的优化对飞行控制性能有着非常重要的影响。
空运飞行员的航空器的性能和飞行特性空运飞行员是一份富有挑战性和责任感的职业,他们负责操纵和控制各种类型的航空器,确保安全地完成货物和乘客的运输任务。
在进行飞行任务之前,空运飞行员需要了解和掌握航空器的性能和飞行特性,以便能够安全地操作并应对各种飞行状况。
一、航空器性能航空器的性能是指航空器在不同的飞行状态下所表现出来的能力。
空运飞行员需要熟悉和掌握以下几个方面的性能指标:1.1. 飞行速度飞行速度是航空器的基本性能之一,通常以速度单位来衡量,如千米每小时(km/h)或海里每小时(knot)。
不同类型的航空器有不同的最大速度和巡航速度,空运飞行员需要了解并遵守相应的速度限制以确保飞行安全。
1.2. 爬升率和下降率爬升率是指航空器爬升的垂直速度,下降率则是相反的概念,是指航空器下降的速度。
这两个性能指标对于飞行器的垂直操纵至关重要,空运飞行员需要根据特定的任务和飞行状况,合理地控制航空器的爬升和下降。
1.3. 载重能力载重能力代表了航空器所能携带的货物和乘客的重量限制。
空运飞行员需要了解航空器的最大起飞重量、最大着陆重量以及燃油载量等,以便合理安排货物和乘客的分配,确保航空器在合理的载荷范围内运行。
1.4. 续航能力续航能力是指航空器在一定的燃油负载下可以连续飞行的时间和距离。
空运飞行员需要了解和计算航空器的续航能力,以便在飞行任务中进行燃油规划,并确保航空器能够顺利到达目的地。
二、飞行特性飞行特性描述了航空器在不同的飞行状态下的行为和表现。
空运飞行员需要熟悉和理解航空器的飞行特性,以便能够正确地操作和应对各种飞行情况。
2.1. 飞行稳定性飞行稳定性是指航空器在飞行过程中保持平衡和稳定的能力。
航空器的稳定性受到多种因素的影响,如重心位置、气动力和操纵装置的设置等。
空运飞行员需要熟悉航空器的飞行稳定性特性,并在飞行过程中正确地应用操纵技术以保持飞行的稳定性。
2.2. 操纵性能操纵性能描述了航空器在不同操纵输入下的响应和表现。