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。

空气动力学与航空飞行第一章：空气动力学的基本概念空气动力学是研究物体运动时受到空气流动影响的科学。

在航空领域中，空气动力学是飞机设计和飞行性能研究的重要基础。

在了解空气动力学之前，需要先了解一些基本概念。

首先是气体，气体是一种大面积散布于地球表面周围的物质。

在大气压力和温度下，气体可以分解为分子。

它们在三个维度上运动，并与周围其他气体分子碰撞交换动量和能量。

其次是流体力学的一些基本概念，如航空领域中最常见的气动力学参数——气动力。

这是指流体（如空气）对物体（如飞机）施加的力。

气动力是与气流速度、空气密度和物体形状相互关联的，可以通过公式计算出来。

在航空领域中，我们还需要了解阻力和升力的概念。

阻力是指空气对飞机飞行运动的阻力，它是导致飞机速度减慢的因素，升力则是支撑飞机向上飞行的重要力量。

第二章：飞机的设计和构造为了优化飞机的空气动力学性能，飞机的设计需要考虑多种因素，包括飞行器的重量、空气动力学稳定性、翼形和机翼配置以及动力系统的性能等。

其中，飞机翼面积是非常重要的参数，这直接影响着飞机的升力和阻力。

飞机的机身和尾翼形态也可以通过設計来减小气动阻力并提高稳定性。

一些辅助设备，如襟翼和襟缝，也可以用于改善飞行器的空气动力学性能。

例如，襟翼用于增加翼面积和升力，而襟缝则可以减小气动阻力和增加升力。

此外，地形和天气条件也会对飞机的设计和结构产生影响。

雷暴和强风可能会影响飞行稳定性，灰尘和沙土则可以增加阻力并损坏发动机和机体表面。

第三章：飞行的基本原理当飞机进入空气中时，受到气流的影响开始产生升力和阻力。

当飞机加速时，阻力越来越大，而升力则随飞机速度的增加而增加。

在飞行过程中，飞机的结构可以分为三个部分：机头、机身和机尾。

其作用是使飞行器在气流中运动的方向和方式受到控制，并通过用于创建升力的翼面控制飞机。

尾部控制元件（例如方向舵）用于控制方向和平衡。

为了保持稳定和控制飞机，飞行员需要不断调整飞机的高度、速度和方向等参数，并快速作出反应以应对特殊情况。

飞机动力原理
飞机动力原理是指飞机在空中飞行时如何产生推力，克服重力，实现飞行的一种机械原理。

飞机动力原理主要包括以下几个方面：
1. 空气动力学原理：飞机在飞行时，利用空气的运动状态和压力差来产生动力。

飞机的机翼设计成半球型，当飞机向前飞行时，空气在机翼上面的流动速度比下面快，形成上面气压较低，下面气压较高的气流，由于压力差的存在，产生了向上的升力。

而尾翼的设计则可以产生向下的压力，产生对抗升力的作用。

2. 喷气发动机原理：大多数现代喷气飞机使用喷气发动机作为推进系统。

喷气发动机通过吸入外界空气，经过压缩和加热后喷出高速气流，产生推力。

这种推力产生的原理是基于牛顿第三定律：每个作用都伴随着一个等大反向的反作用。

喷气发动机通过喷射高速气流向后，产生的反作用力就推动了飞机向前飞行。

3. 螺旋桨原理：除了喷气发动机外，一些飞机使用螺旋桨作为推进系统。

螺旋桨的转动产生了气流，通过推动气体向后排出，产生反作用力推动飞机向前。

这种原理与喷气发动机类似，都是通过牛顿第三定律产生推进力。

4. 翼身干扰原理：当飞机在飞行中，飞行器的机翼会与机身发生干扰，即飞机的机翼产生的升力对飞机机身产生一个向后的推力。

这种干扰效应使得整个飞机可以获得额外的推力，提高飞机的整体效率。

飞机动力原理的理论基础主要是牛顿运动定律和空气动力学原理。

通过合理设计和利用这些原理，飞机可以产生足够的动力，克服重力，并在空中顺利飞行。