第一章-1飞行动力学-空气动力学详解

飞行原理及空气动力学知识飞行原理及空气动力学知识飞机的空气动力性能是决定飞机飞行性能的一个重要因素。

飞行员既要熟悉飞机空气动力的产生和变化，同时也要清楚飞机空气动力性能的基本数据。

下面是店铺为大家带来的飞行原理及空气动力学知识，欢迎大家阅读浏览。

一. 滑行飞机不超过规定的速度，在地面所作的直线或曲线运动叫滑行。

对滑行的基本要求是：飞机平稳地开始滑行，滑行中保持好速度和方向，并使飞机能停止在预定的位置。

飞机从静止开始移动，拉力或推力必须大于最大静摩擦力，故飞机开始滑行时应适当加大油门。

飞机开始移动后，摩擦力减小，则应酌量减小油门，以防加速太快，保持起滑平稳。

滑行中，如果要增大滑行速度，应柔和加大油门，使拉力或推力大于摩擦力，产生加速度，使速度增大，要减小滑行速度，则应收小油门，必要时，可使用刹车。

二. 起飞飞机从开始滑跑到离开地面，并升到一定高度的运动过程，叫做起飞。

飞机起飞的操纵原理飞机从地面滑跑到离地升空，是由于升力不断增大，直到大于飞机重力的结果。

而只有当飞机速度增大到一定时，才可能产生足以支持飞机重力的升力。

可见飞机的起飞是一个速度不断增加的加速过程。

;剩余拉力较小的活塞式螺旋桨飞机的起飞过程，一般可分为起飞滑跑、离地、小角度上升(或一段平飞)、上升四个阶段。

对有足够剩余拉力的螺旋桨飞机，或有足够剩余推力的喷气式飞机，因可使飞机加速并上升，故起飞一般只分三个阶段，即起滑跑、离地和上升。

(一)起飞滑跑的目的是为了增大飞机的速度，直到获得离地速度。

拉力或推力愈大，剩余拉力或剩余推力也愈大，飞机增速就愈快。

起飞中，为尽快地增速，应把油门推到最大位置。

1.抬前轮或抬尾轮前三点飞机为什么要抬前轮?前三点飞机的停机角比较小，如果在整个起飞滑跑阶段都保持三点姿态滑跑，则迎角和升力系数较小，必然要将速度增大到很大才能产生足够的升力使飞机离地，这样，滑咆距离势必很长。

因此，为了减小离地速度，缩短滑跑距离，当速度增大到一定程度时就需要抬起前轮作两点姿态滑跑，以增大迎角和升力系数。

教材：1.2.3.4.参考书：空气与气体动力学的任务、研究方法及发展流体静力学水力学理论流体动力学润滑理论基本任务：航空、航天、天气预报、船舶、体育运动、22v p constρ+=理想不可压流体伯努利方程空气流过飞行器外部时运动规律y L V ρ∞∞=Γ库塔儒可夫-儒科夫斯基定理假设实际黏性附面层旋涡/涡量Stokes 定理ndA Ω⋅=Γ∫y 翼梢小翼下洗速度诱导阻力有效迎角↓下洗角翼尖尾涡升力↓当地升力等效来流来流实际升力尾涡后掠机翼平直机翼n V 是产生升力/激波的有效速度后掠翼可提高产生激波的Ma cr边条涡边条翼：下表面压力>上表面压力气流旋转涡旋转涡心p 低而V 高流经部位压力低注入机翼表面气流能量推迟分离激波1V a >21V V <()120sh D mV V =−> 激波阻力7发动机气体动力学y 压气机/风扇：气体增压涡轮：气体膨胀8y 音障/音爆/音爆云正激波及阻力弱压缩波斜激波y 音障楔型体超音速运动激波及激波阻力阻力系数↑消耗3/4功率y 活塞发动机高速时螺旋桨效率低、桨尖易产生激波⇒喷气发动机y 降低波阻的超音速气动布局如后掠翼、面积率→蜂腰机身等y 音爆激波面上声学能量高度集中，这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。

超音速低压气流局部正激波斜激波局部亚音气流超音/亚音气流超音速气流膨胀加速压缩减速尾激波压缩减速y 音爆云激波后气体急剧膨胀降压降温潮湿天气气温低于露点水汽凝结水珠云雾y 亚燃冲压发动机进气道及扩压段斜激波及正激波拉伐尔喷管气流增压至亚音速燃烧室燃烧气流超音速喷出推力超燃冲压发动机进气道/斜激波气流增压且超音速气流超音速喷出航天空气动力学y 可压缩性黏性摩擦生热气流带走加热飞行器表面Ma=2⇒温度≈120侦察机Ma=3⇒温度y 热障结构强度↓刚度↓热能热辐射热传导气动热力学常温常压2000K<T<4000K 9000K<T 分子密度低11空气y 扑动速度均匀来流合速度合力升力推力机动性强举升/推进/悬停/快速变向等动作集于一个扑翼系统大升力利用非定常机制，其升力远高于常规飞行器，能够在低雷诺数条件下飞行。

第一章空气动力学简介第1节流体流动的基本概念和基本规律1.1 流体流动的基本概念1.1.1 相对运动原理作用在飞机上的空气动力取决于飞机和空气之间的相对运动情况，而与观察、研究时所选用的参考坐标无关。

也就是说，飞机以速度V在平静的空气中飞行时，作用在飞机上的空气动力与远方空气以速度V流过静止不动的飞机时所产生的空气动力完全相同。

这就是相对运动原理在空气动力学中的应用。

空气相对飞机的运动称为相对气流，相对气流的方向与飞机运动的方向相反，见图1-1。

只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。

将飞机的飞行转换为空气的流动，使空气动力问题的研究大大简化。

风洞实验就是根据这个原理建立起来的。

图1-1 飞机的运动方向与相对气流的方向1.1.2 连续性假设连续性假设是在进行空气动力学研究时，将大量的、单个分子组成的大气看成是连续的介质。

所谓连续介质就是组成介质的物质连成一片，内部没有任何空隙。

在其中任意取一个微团都可以看成是由无数分子组成，微团表现出来的特性体现了众多分子的共同特性。

对大气采用连续性假设的理由是与所研究的对象—飞机相比，空气分子的平均自由行程要比飞机的尺寸小得多。

空气流过飞机表面时，与飞机之间产生的相互作用不是单个分子所为，而是无数分子共同作用的结果。

1.1.3 流场、定常流和非定常流流体流动所占据的空间称为流场。

在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参数，速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。

反之，如果流体微团流过时的流动参数，速度、压力、温度、密度等不随时间变化，这种流动就称为定常流，这种流场被称为定常流场。

1.1.4 流线、流线谱、流管和流量流线是在流场中用来描绘流体微团流动状态的曲线。

在流线每一点上，曲线的切线方向正是流体微团流过该点时流动速度的方向。

在流场中，用流线组成的描绘流体微团流动情况的图画称为流线谱。

图1-2就是描绘气流流过翼型的流线谱。

空运飞行员的飞行动力学和飞行力学在本文中，将详细探讨空运飞行员所需了解的两个重要概念——飞行动力学和飞行力学。

通过对这些概念的深入解析，我们可以更好地理解飞行员在飞行过程中所面临的挑战和应对策略。

一、飞行动力学飞行动力学是研究飞行器受力和运动规律的科学。

它包含了空气动力学和飞行器的运动学两个方面。

首先，我们来了解一下空气动力学。

1. 空气动力学空气动力学研究空气对物体的作用力和物体运动的影响。

在空中，飞行器必须克服空气的阻力和重力，同时利用气流来产生升力和推力。

了解空气动力学可以帮助飞行员更好地把握飞行器与空气之间的相互作用。

2. 运动学运动学研究物体运动的规律和变化情况，包括速度、加速度、位移等。

对于飞行员而言，了解飞行器的运动学特性可以帮助他们更好地掌握飞行过程中的转弯、爬升和下降等操作，确保安全和效率。

二、飞行力学飞行力学是研究飞行器在运动过程中力的平衡、力的作用点和力矩的变化规律的科学。

它包括静力学和动力学两个部分。

接下来，我们来详细了解一下这两个方面。

1. 静力学静力学研究物体在静止或匀速直线运动中受力的平衡情况。

对于飞行员来说，了解飞行器的静力学平衡可以帮助他们准确评估各个部件的稳定性，确保在飞行过程中的平衡和安全。

2. 动力学动力学研究物体在变速直线运动、曲线运动和旋转运动中的力学规律。

飞行员需要了解飞行器在不同运动状态下的动力学特性，以便做出准确的操作和调整，控制飞行器的运动路径和飞行姿态，确保航行的平稳和可靠。

综上所述，空运飞行员需要对飞行动力学和飞行力学有深入的理解。

飞行动力学帮助飞行员了解飞行器与空气之间的相互作用，包括空气动力学和运动学。

而飞行力学则涉及到飞行器在运动过程中的力学平衡、力矩和力的作用点的变化规律，包括静力学和动力学。

通过掌握这些概念和原理，飞行员可以更加安全地操控飞行器，确保飞行的顺利和成功。

飞行器动力学与空气动力学飞行器动力学和空气动力学是航空航天领域中非常重要的两个学科，它们研究的是飞行器在运动中所受到的力和力的作用。

飞行器动力学主要研究飞行器如何在空中移动，而空气动力学则是研究飞行器与空气之间的相互作用。

一、飞行器动力学飞行器动力学主要研究的是飞行器的运动特性和控制方法。

飞行器在空中运动时，所受到的力主要包括重力、升力、推力和阻力。

1. 重力重力是地球对飞行器的吸引力，它的作用是使飞行器向地面运动。

飞行器在受到重力的作用下会垂直下降，所以需要通过其他力来抵消重力的作用。

2. 升力升力是垂直于飞行器机翼的力，它的作用是使飞行器能够在空中保持飞行状态。

升力的产生主要依靠机翼的气动特性，当飞行器在空中飞行时，机翼会受到空气的压力，进而产生升力。

3. 推力推力是飞行器前进或改变速度的力，它的产生主要依靠发动机。

飞行器通过发动机喷出高速气流，产生反作用力，从而推动飞行器向前运动。

推力的大小取决于发动机的喷气速度和流量。

4. 阻力阻力是飞行器在运动中所受到的阻碍力，它的作用是使飞行器在空中运动时受到阻碍。

阻力的大小主要取决于飞行器的速度和空气的粘性，对于气动外形较大的飞行器来说，阻力会更大。

在飞行器动力学中，需要对飞行器进行建模和仿真，以便预测飞行器在不同条件下的运动特性。

此外，还需进行飞行器的控制设计，以确保飞行器能够按需运动。

二、空气动力学空气动力学是研究飞行器与空气之间的相互作用的科学，它包括气动力学和气动设计两个方面。

1. 气动力学气动力学研究的是飞行器在空气中运动时所受到的力和力矩。

其中，主要涉及到的力有升力、阻力、侧向力等，力矩则包括滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩等。

通过对飞行器的气动力学性能进行研究，可以预测飞行器在不同姿态下的受力情况。

2. 气动设计气动设计是指根据飞行器在空中的运动要求，进行飞行器外形的设计。

在设计过程中，需要考虑飞行器的气动特性、气动性能和减阻措施等。

通过合理的气动设计，可以使飞行器在空气中运动时具有良好的气动性能和操纵特性。

航模基础知识空气动力学-图文一章基础物理本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。

第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。

第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。

没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。

第二定律：某质量为m的物体的动量(p=mv)变化率是正比于外加力F并且发生在力的方向上。

此即著名的F=ma公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。

第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。

你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为某、Y、Z三个轴力的平衡及绕某、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称某及y方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时某方向阻力与推力大小相同方向相反，故某方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，某轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯第四节伯努利定律伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力越小，速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，在这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力，于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来，以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘空还真听话，只把飞机往上吸，为什么不会把机翼往后吸，把你吸的动都不能动，还有另一个常听到的错误理论有时叫做某某某理论，这理论认为空气的质点如同子弹一般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量于是产生升力，另一个分量往后于是产生阻力﹝如图1-7﹞，可是克拉克Y翼及内凹翼在攻角零度时也有升力，而照这某某某理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子弹”，应该产生向下的力才对啊，所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。

飞行器动力学与空气动力学飞行器动力学与空气动力学是研究飞行器在空气中运动和飞行的学科。

在这个领域中，我们探索和了解了飞机、直升机和其他飞行器的动力学特性，以及它们与空气之间的相互作用。

一、飞行器动力学飞行器动力学是研究飞行器运动的学科，涉及到飞行器在空中的各种运动和力的相互作用。

它主要涉及力的平衡和非平衡情况下的飞行器运动，包括纵向运动（俯仰运动）、横向运动（滚转运动）和垂直运动（偏航运动）等。

纵向运动是指飞行器在空中俯仰或上升的运动。

这种运动是由飞行器的重量、升力、推力和阻力等力的相互作用所决定的。

通过改变升力和推力的大小，飞行器可以改变俯仰角度和高度。

横向运动是指飞行器在空中滚转或转弯的运动。

这种运动是由飞行器的重力、升力、侧向力和侧推力等力的相互作用所决定的。

通过改变侧向力和侧推力的大小，飞行器可以改变滚转角度和转弯半径。

垂直运动是指飞行器在空中偏航或旋转的运动。

这种运动是由飞行器的重力、升力和偏航力等力的相互作用所决定的。

通过改变偏航力的方向和大小，飞行器可以改变偏航角度和旋转速度。

飞行器动力学的研究对于飞机和直升机等飞行器的设计和控制至关重要。

它帮助我们了解飞行器在不同飞行状态下的运动特性，使我们能够更好地设计飞行器的结构和控制系统，以保证其安全性和有效性。

二、空气动力学空气动力学是研究流体（主要是空气）中物体运动的学科，涉及到空气对物体产生的各种力和物体对空气产生的影响。

在飞行器领域中，空气动力学主要研究空气对飞行器产生的升力和阻力。

升力是指空气对飞行器的上升力，使飞行器能够在空中飞行。

升力的大小取决于飞行器的形状、翼展和前缘等因素，以及空气的密度和飞行速度等因素。

升力是飞行器能够克服重力并保持飞行的关键力之一。

阻力是指空气对飞行器的阻碍力，使飞行器在空中飞行时需要消耗额外的能量。

阻力的大小取决于飞行器的形状、表面特性和飞行速度等因素。

减小阻力是提高飞行器效率和性能的关键。

空气动力学的研究对于飞行器的设计和性能优化至关重要。

飞行动力学基础飞行动力学是研究飞机在空气中运动和飞行的科学。

它涉及到空气动力学、力学和控制论等多个学科。

飞行动力学的基础理论对于飞机的设计、操纵和控制具有重要的指导意义。

本文将从空气动力学、力学和控制论三个方面介绍飞行动力学的基础知识。

一、空气动力学空气动力学是研究空气对物体的作用和物体在空气中运动的科学。

在飞行动力学中，空气动力学是基础和核心。

空气动力学的主要内容包括气动力和气动力学性能。

气动力是指空气对物体的作用力，它包括升力、阻力和侧向力等。

气动力学性能是指飞机在空气中的运动特性，包括飞机的升力系数、阻力系数和侧向力系数等。

在飞行动力学中，升力和阻力是两个最重要的气动力。

升力是使飞机能够克服重力并保持在空中飞行的力，它的大小取决于飞机的形状、翼型和攻角等因素。

阻力是飞机在空气中运动时所受到的阻碍力，它的大小与飞机的速度、底面积和阻力系数等因素有关。

在设计飞机时，需要通过改变翼型和机翼形状等措施来调整升力和阻力的大小，以实现飞机的性能要求。

二、力学力学是研究物体运动和受力的学科。

在飞行动力学中，力学是研究飞机在空中的运动和受力的基础。

力学的基本原理包括牛顿定律、动量定律和能量守恒定律等。

牛顿定律是力学的基础，它描述了物体受力和运动的关系。

动量定律是描述物体运动变化的原理，它与飞机的加速度和力的关系密切。

能量守恒定律是描述物体能量变化的原理，它与飞机的能量转化和守恒有关。

在飞行动力学中，力学的应用主要体现在飞机的姿态和运动控制上。

飞机的姿态是指飞机相对于空气的方向和角度，它的控制是通过对飞机的控制面和发动机进行操作来实现的。

飞机的运动控制包括纵向和横向运动控制。

纵向运动控制是指飞机的上升和下降运动，它的控制是通过调整飞机的升降舵和发动机推力来实现的。

横向运动控制是指飞机的左右滚转运动，它的控制是通过调整飞机的副翼和方向舵来实现的。

三、控制论控制论是研究系统控制和稳定性的学科。

在飞行动力学中，控制论是研究飞机的稳定性和操纵性的基础。