第二章模型飞行原理与计算

模型飞机螺旋桨原理与拉力计算模型飞机螺旋桨原理与拉力计算模型飞机, 拉力, 原理, 螺旋桨一、工作原理可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。

流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。

在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。

V—轴向速度；n —螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。

显而易见β＝α+φ。

空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。

ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。

将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。

从以上两图还可以看到。

必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。

螺旋桨工作时。

轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。

因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。

而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。

螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。

所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。

从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。

对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。

迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。

用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。

式中D—螺旋桨直径。

理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：T=Ctρn2D4P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。

其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随 J变化。

图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。

民航飞行中的数学模型与计算一、数学模型概述1.数学模型的定义与分类2.数学模型在民航飞行中的应用价值3.建立数学模型的基本步骤二、民航飞行基本概念1.飞行速度与飞行时间2.飞行高度与飞行距离3.飞机性能指标（如推力、阻力、燃油消耗等）三、民航飞行中的数学模型1.飞行轨迹模型–直线飞行模型–曲线飞行模型（如圆周飞行、螺旋飞行等）2.飞行性能模型–动力学模型（牛顿运动定律、空气动力学方程等）–燃油消耗模型（如Wright公式、燃油流量公式等）3.飞行环境模型–大气模型（如国际标准大气模型、局部大气模型等）–气象模型（如风速、风向、降水等）4.飞行安全模型–避障模型（如圆柱避障、多边形避障等）–飞行间隔模型（垂直间隔、水平间隔等）四、计算方法与技巧1.数学建模方法–假设与简化–参数估计与优化–模型验证与修正2.数值计算方法–欧拉法、龙格-库塔法等数值积分方法–蒙特卡洛模拟、有限元分析等数值模拟方法3.计算机编程与软件应用–编程语言（如MATLAB、Python、C++等）–专业软件（如Mathematica、ANSYS、FLUENT等）五、民航飞行中的实际应用1.航线规划与航班调度–最佳航线规划算法（如遗传算法、蚁群算法等）–航班调度优化模型（如时间窗口、飞机利用率等）2.飞行管理与导航–飞行管理计算机（FMC）及其算法–卫星导航系统（如GPS、GLONASS等）3.飞行仿真与训练–飞行仿真器（如Flight Simulator、X-Plane等）–飞行训练大纲与教学方法六、发展趋势与展望1.人工智能与机器学习在民航飞行中的应用2.大数据与云计算在民航飞行领域的应用3.绿色航空与可持续发展知识点：__________习题及方法：一、数学模型概述习题习题1：定义一个数学模型，并说明其应用于民航飞行中的价值。

答案：定义：数学模型是用来描述现实世界中的某个特定系统的数学关系和规律的抽象表示。

在民航飞行中，数学模型可以用来预测飞机的飞行性能、优化航线规划、提高飞行安全性等。

第二章模型的原理与结构第一节概述能够离开地面飞行的装置总称飞行器，飞行是航空模型的主要特征。

飞行器可以分为外层空间的飞行器和大气层的飞行器两大类。

外层空间的飞行器叫做宇宙飞行器，如人造卫星、宇宙飞船等。

大气层的飞行器叫做航空器，它包括轻航空器和重航空器。

轻航空器和重航空器虽然都可以在大气层内飞行，但是它们的飞行历史截然不同的。

1、轻航空器轻航空器是指它的重量比同体积空气轻的航空器。

它是依靠空气的浮力而升空的。

根据阿基米德定律，任何物体在空气中都会受到向上的浮力，这个浮力的大小等于被物体排开的空气的重量。

如果航空器的重量等于它所排开的空气的重量，它所受到的浮力就会大于重力，航空器就会像上升起，正像放在水底的木块回向上浮起一样。

常见的轻航空器有气球和飞艇。

气球和飞艇都充入比空气轻的气体，如氢气和氦气。

有些气球还充入热空气。

气球是没有动力装置的，靠自然风运动。

飞艇使用发动机做动力，发动机带动螺旋桨，推动飞艇前进。

飞艇一般造成流线形，以减少阻力。

飞艇还装有尾翼，以保证它前进时的稳定性，并且通过尾翼操纵飞艇的飞行方向。

图2-1 气球与飞艇气球的球囊一般都用不透气的布，而模型气球则用纸。

轻航空器的升空条件。

要设计和制作一个轻航空器，必须要考虑它所受的浮力和重力。

只有当浮力大于重力的时候，轻航空器才能升空。

为了计算方便，我们引入比重这个概念。

比重是指某种物质在单位体积内的重量。

下面以热气球为例，介绍计算浮力和重力的方法。

2、重航空器重航空器是指它的质量比同体积空气重的航空器。

飞机、火箭、导弹等都属于重航空器。

显然，重航空器所受到的浮力比重力小得多，不可能依靠浮力升空。

飞机可以利用空气动力升空。

火箭和导弹直接利用反作用力升空。

重航空器的飞行原理要比轻航空器复杂得多。

第二节空气动力学基本原理当一个物体在空气中运动，或者空气从物体表面流过的时候，空气对物体都会产生作用力。

我们把空气这种作用在物体上的力叫做空气动力。

航空模型的飞行原理第一节绪论与基本概念简单地说，模型飞机就是小飞机。

同大飞机一样，也有机翼、机身和尾翼等部分，因而，模型飞机的飞行原理与大飞机基本上是一样的，但也因为尺寸其小，又会产生出一些不同于大飞机的飞行特点，了解了这一点，便不会将大飞机的理论盲目地应用到模型飞机上。

模型飞机主要研究：(1)翼型；(1)如何提高机翼的性能；(2)模型飞机的稳定性；(3)模型飞机各部分的比例与配置(4)螺旋桨；1.有关空气的一些基本知识(1)空气是一种混合气体，地面空气含氧20.9%，含氮气78%左右，越高空气越稀薄；(2)空气具有可压缩性；(3)空气的压强p：物体表面单位面积所受到的空气压力称为空气的压强。

越是接近地面，空气越是密集，温度越高，大气的压强越大。

气候不同时，大气的压力也不同，低气压预示着坏天气的来临。

在海平面、温度15︒C时的压力称为标准大气压，为每平方厘米1.034千克力，也称为一个大气压。

相当于760毫米汞柱的向下压强。

为简便计，有时工程上也将1千克力/厘米2算作1个大气压。

但在空气流动时，物体上受到正面冲击的部分，压强会增大。

这种因气流流动而形成的压强称为动压强。

大风天里逆风骑车会感到很吃力，就是因为动压强增大的缘故。

而汽车为了提高车速，减少油耗，做成流线型，就是为了减少动压强。

反之，作用于平行于气流方向的物体表面上的压强称为静压强。

气体流动时，速度越大，动压强越大，而静压强越小。

反之，速度越小，动压强越小，而静压强越大。

气体不动时，静压强最大。

这个关系用数学公式表达出来，就是后面要学习的伯努利定律。

(4)空气的密度ρ：物体内所含有的物质的数量称为质量。

不论是在地球，还是在月球上，质量是不变的。

而重量与g有关，不同的地方，因g有微小的变化，而使重量有微小的变化，但这种微小的变化实际上是难以感觉或测量出来的。

空气的密度，就是单位体积空气的质量。

气压不同，空气的密度也不同。

每单位体积空气的质量称为空气的密度。

模型飞机的飞行原理和调整试飞人类第一架带动力可操纵飞机是由莱特兄弟发明制造的，取名为“飞行者一号”，与1903年12月13日早上10:35在美国首次飞行，飞行记录是：飞行距离为36.58米；留空时间为12秒。

实现了人类的首次空中载人飞行。

第一章飞行原理一、什么是航空模型？航空模型是一种重于空气的，有尺寸和重量限制，带有或不带有动力的，用于竞赛、运动、科研和娱乐，不能载人的航空器。

航空模型的技术要求总则：1、最大飞行重量含燃料在内，最大不得超过25千克；（<25KG）2、最大升力面积不得超过500平方分米；（<500dm²）3、最大翼载荷不得超过250克/平方分米；（<250g/dm²）4、活塞式发动机（总和）最大汽缸容积不超过250立方分米；（<250dm³）5、电动机电源最大空载电压不超过72伏；（<72v）6、动力类型模型飞机噪音限制在96dB（A），（测量距离3米，除电动机）什么叫飞机模型？一般认为不能飞行的，以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型叫飞机模型。

什么叫模型飞机？一般称能在空中飞行的模型为模型飞机，叫航空模型二、固定模型飞机组成部分与功能到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成：（通常叫做飞机的五大部件）1、机翼——机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操纵作用。

在机翼上一般安装有副翼{副翼上有调整片}和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。

机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。

不同用途的飞机其机翼形状、面积的大小也各有不同。

2、机身——机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。

3、尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。

水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，（在升降舵上有调整片）有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。