第二章 飞机的空气动力

飞机空气动力学原理飞机空气动力学原理是指飞机在飞行过程中受到空气力学的影响，从而产生升力和阻力的原理。

空气动力学是航空工程中的重要基础学科，它研究飞机在空气中运动时所受到的各种力和力的作用规律，是飞机设计、飞行控制和飞行性能计算的理论基础。

了解飞机空气动力学原理对于飞机设计、飞行控制和飞行性能的提高具有重要意义。

首先，飞机的升力是通过翼面和机身等部件与空气的相互作用产生的。

当飞机在空气中飞行时，翼面上方的气压比下方小，产生了升力。

这种空气动力学原理被称为卡门涡街原理，是飞机能够在空中飞行的基础。

同时，飞机的阻力也是由空气动力学原理产生的。

飞机在飞行过程中，受到空气的阻力，这种阻力是飞机飞行中需要克服的，也是影响飞机速度和燃油消耗的重要因素。

其次，飞机的机动性能与空气动力学原理密切相关。

在飞机设计中，需要考虑飞机在不同速度和高度下的机动性能，这就需要对飞机的空气动力学原理进行深入研究。

通过对飞机的升力、阻力和稳定性等参数的分析，可以优化飞机的设计，提高飞机的机动性能，使其更加适应不同的飞行环境。

此外，飞机的飞行控制也是基于空气动力学原理进行设计和实现的。

飞机在飞行过程中需要通过操纵飞行控制面来改变飞机的姿态和飞行状态，从而实现飞机的飞行控制。

这就需要深入理解飞机在空气中的运动规律，根据空气动力学原理设计飞机的飞行控制系统，保证飞机的飞行安全和稳定性。

总的来说，飞机空气动力学原理是飞机设计和飞行控制的重要理论基础，对于提高飞机的性能和安全具有重要意义。

通过深入研究和理解飞机在空气中的运动规律，可以不断优化飞机的设计和飞行控制系统，提高飞机的机动性能和飞行安全性。

因此，对于飞机设计师和飞行员来说，深入理解飞机空气动力学原理是至关重要的，也是他们不断提高自身技术水平和飞机性能的关键。

第二章 飞机飞行时的气动力2.1 机翼上空气动力的产生2.1.1 机翼上产生升力的原因图2-1 机翼上升力的产生下面我们应用伯努利定理来解释机翼上产生升力的原因。

在机翼周围沿着空气经过的路径取出一个假想的矩形截面的流动管道，如图2-1所示。

由伯努利定理可知，机翼上表面的静压比机翼前方的气流静压小得多。

但翼型下表面的流管面积与机翼前方的流管面积相比反而增大，因此机翼下表面的静压比机翼前方的气流静压大。

由于机翼前方未受扰动的气流静压是一致的，所以上下表面之间就产生了一个压强差，下表面的静压比上表面的静压大，这个静压差在垂直于气流方向上的分量就是机翼产生的升力。

从图2-1翼剖面流线图中所示的作用在机翼上的力可见，除了升力Y 外还有与飞行方向平行且方向相反的阻力Q ，两者的合力就是机翼上的总空气动力R 。

总空气动力R 与翼弦的交点称为“压力中心”。

实验证明： 221v S C Y y ρ= （2-1） 式中：y C 为升力系数，与机翼形状及攻角等因素有关，由试验取得。

S 为机翼面积。

2.1.2 失速和失速攻角随着攻角的增加，机翼上产生的升力也逐渐增大。

气流从机翼前缘就开始分离，尾部有很大的涡流区。

这时升力突然大大降低，阻力迅速增大。

这种现象称为“失速”，如图2-2所示。

图中翼剖面上的弯折的箭头表示突然降低的升力。

飞机刚刚出现失速时的攻角称为失速攻角，也称临界攻角。

失速攻角一般为15°—16°，有时可达20°。

飞机一旦进入失速，就会发生螺旋(也称尾旋)下降的现象，造成危险；同时，还会使飞机发生抖振。

因此，飞机不应以大于或接近“失速攻角”的攻角飞行。

图2-2 失速1— 升力突然下降；2—翼弦失速是一种具有潜在危险的反常飞行现象。

不论飞行速度大小，过多、过猛地拉杆，只要飞机的攻角超过临界攻角，就会发生失速。

失速速度是判断飞机是否失速的重要标志。

每一种飞机都规定了各种飞行状态的失速速度，飞行速度都不能小于相应的失速速度。

直升机的空气动力学原理直升机的升力产生主要依靠主旋翼产生的升力，主旋翼又由主旋翼桨叶和发动机组成。

主旋翼桨叶一般采用三片叶片，通过主轴旋转，在空气中产生升力。

主旋翼桨叶在运动过程中，相对于直升机机身而言，具有迎风运动和顺风返流运动。

主旋翼桨叶迎风运动时，椭圆形的桨叶在进入迎风段时，攻角较大，形成向上的升力。

在桨叶前半部，流速较大，产生的升力大；桨叶后半部流速减小，升力减小。

此时，通过调节桨叶的攻角和旋转速度，使得桨叶的合力与重力平衡，从而实现直升机的悬停。

主旋翼桨叶顺风返流运动时，桨叶相对于机身运动速度逐渐增大，攻角减小。

在桨叶前半部，流速变小，产生的升力减小；桨叶后半部流速增加，升力增加。

此时，通过调节桨叶的攻角和旋转速度，使得升力与飞机的质量平衡，实现直升机的前进飞行。

此外，直升机的侧倾和横滚运动也是通过调节主旋翼桨叶的迎风运动和顺风返流运动来实现的。

侧倾运动是通过改变主旋翼桨叶的迎风运动时的攻角大小和方向，使得主旋翼桨叶产生侧向的力矩，从而使直升机发生侧倾运动。

横滚运动是通过改变主旋翼桨叶的迎风运动和顺风返流运动的相对大小，使得主旋翼桨叶的升力中心发生移动，从而使直升机发生横滚运动。

除了主旋翼的升力产生外，直升机还利用尾旋翼产生的反扭矩以及水平尾翼产生的水平稳定力来保持平稳飞行。

尾旋翼通过产生方向相反的旋转力矩，抵消主旋翼产生的旋转力矩，从而保持直升机的平衡。

水平尾翼通过产生向下的力来平衡主旋翼产生的俯仰力矩，从而保持直升机的水平稳定。

总结一下，直升机的空气动力学原理主要是通过主旋翼桨叶的旋转运动产生升力，通过调节桨叶的攻角和旋转速度来控制升力的大小和方向，从而实现直升机的悬停、垂直起降和平稳飞行。

同时，借助尾旋翼和水平尾翼产生的力矩和稳定力来保持直升机的平衡和稳定。

直升机的空气动力学原理是复杂且精细的，对于设计和控制直升机的飞行具有重要意义。

空气动力原理
空气动力原理是指利用空气的流动特性来产生力的一种原理。

根据伯努利定律，当空气流动时，流速增加时压力降低，流速减小时压力增加。

这个原理可以应用于多种情况下，如飞机、汽车、船舶等。

在飞机上，翅膀的上表面相对平坦，而下表面则呈凹形，从而形成了不同的几何形状。

当飞机移动时，空气在翅膀上下表面同时流动，上表面的流速较快，而下表面的流速较慢。

根据伯努利定律，上表面的压力较低，而下表面的压力较高。

因此，形成了一个向上的升力，使得飞机能够离开地面并保持飞行。

这就是飞机利用空气动力原理产生升力的机制。

类似地，在汽车设计中也使用了空气动力原理。

例如，在高速行驶时，汽车的车身前部经常设计成流线型，以减小阻力。

通过这种设计，空气可以更顺畅地流过汽车，从而减少了飞禽走兽现象。

此外，通过设计汽车底部的空气导流板，也可以进一步减小阻力，提高汽车的稳定性和燃油效率。

在船舶设计中，空气动力原理同样发挥了重要作用。

例如，在船舶的船身设计中，通常会考虑到船体与水面之间的空气流动。

船体底部的凹陷设计可以减小船体与水面之间的接触面积，从而减小摩擦阻力。

此外，船体上方的船舱设计也经过优化，以减小空气流动的阻力，提高船舶的速度和操纵性。

综上所述，空气动力原理在不同的交通工具中发挥着重要作用。

通过合理的设计和利用空气流动的特性，可以最大限度地减小
阻力，提高速度和效率。

空气动力学的研究和应用不仅对于设计更高效的交通工具具有重要意义，也推动了科学技术的发展。

航论-第⼆章第2节飞机的飞⾏原理第⼆章民⽤航空器第⼆节飞机的飞⾏原理（⼀）课前复习1.轻于空⽓的航空器有哪些？2.按照⽤途不同，民⽤飞机可以分为？（⼆）新课教学⼀、⼤⽓层1.⼤⽓层的结构（1）对流程：位置：从海平⾯到对流层顶平均11千⽶，⾚道17千⽶左右，极地8千⽶左右特点：空⽓有⽔平流动和竖直流动，有⾬、云、雪、雹（2）平流层：位置：距海平⾯11千⽶以上，55千⽶以下特点：流动只有⽔平⽅向，⽆云、⾬、雪、冰雹（3）中间层（了解）（4）电离层（了解）（5）散逸层（了解）民⽤飞机的飞⾏范围：航空器⼀般在对流层和平流层下部飞⾏。

对⽆座舱增压的飞机和⼩型喷⽓式飞机⼀般在6000⽶以下的对流层飞⾏；对于⼤型和⾼速喷⽓式飞机装有增压装置，⼀般在7000⽶到13000⽶的对流层和平流层中飞⾏。

2.⼤⽓的物理性质物理性质包括：⼤⽓温度、⼤⽓密度、⼤⽓压⼒、⾳速。

（1）⼤⽓温度①定义：⼤⽓层内空⽓的温度，表⽰空⽓分⼦做热运动的剧烈程度。

②温度与⾼度的关系对流层：⾼度升⾼，温度线性下降，每升⾼1000⽶，温度下降 6.5℃。

平流层（同温层）：平流层底部，温度不随⾼度变化，约为-56℃。

（2）⼤⽓密度①定义：单位体积内⼤⽓的质量。

②⼤⽓密度与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓密度越⼩，空⽓越稀薄。

（3）⼤⽓压⼒①定义：指空⽓在单位⾯积上产⽣的压⼒。

②来源：A. 单位⾯积上⽅直到⼤⽓层顶部空⽓柱的重量。

B. 空⽓分⼦做⽆规则热运动产⽣的撞击⼒。

③⼤⽓压⼒与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓压⼒越⼩。

（4）⾳速①定义：声⾳在空⽓中的传播速度。

②⾳速与⾼度的关系：⾼度越⾼，⼤⽓温度降低，⾳速降低。

（了解）3.标准⼤⽓压（1）国际标准⼤⽓压：⼤⽓被看做理想⽓体，以海平⾯⾼度为零，海平⾯上⼤⽓的温度为15℃，⼤⽓压为10×105pa ，密度为1.225kg/m 3，⾳速为340m/s 。

（2）作⽤：为了使飞⾏器的设计制造、性能⽐较有⼀个统⼀的标准。