航论-第二章 第2节 飞机的飞行原理
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飞机运行原理飞机是一种能够在大气层内飞行的航空器,其运行原理涉及到多个物理学和工程学原理。
飞机的飞行主要依靠空气动力学原理,而其动力来源则是来自发动机的推力。
下面将详细介绍飞机运行的原理。
首先,飞机的起飞是通过动力推力来完成的。
飞机发动机产生的推力通过推进空气来推动飞机向前运动,同时产生升力。
升力是飞机在飞行过程中产生的一个垂直向上的力,其大小取决于飞机的形状、机翼的设计和飞行速度。
当飞机的升力大于重力时,飞机就可以离开地面并开始飞行。
其次,飞机在飞行过程中需要克服空气阻力。
空气阻力是飞机在飞行过程中受到的阻碍飞行的力,其大小取决于飞机的速度和空气的密度。
飞机需要通过发动机产生的推力来克服空气阻力,以保持稳定的飞行状态。
另外,飞机的机翼设计也是飞机运行原理中的重要部分。
飞机的机翼是通过空气动力学原理产生升力的关键部分。
飞机的机翼通常采用对称翼型,通过机翼上下表面的气流差异来产生升力。
此外,飞机的机翼还可以通过襟翼和襟翼来调整飞机的升力和阻力,以实现起飞、飞行和降落等不同阶段的飞行要求。
最后,飞机的稳定性和操纵性也是飞机运行原理中需要考虑的重要因素。
飞机的稳定性是指飞机在飞行过程中保持稳定的能力,而操纵性则是指飞机在飞行过程中对操纵杆、襟翼等控制装置的灵敏度和反应速度。
飞机的稳定性和操纵性需要通过飞机的设计和飞行控制系统来保证,以确保飞机在飞行过程中能够稳定、安全地运行。
综上所述,飞机的运行原理涉及到多个物理学和工程学原理,包括空气动力学、发动机推力、升力和阻力、机翼设计以及飞机的稳定性和操纵性等方面。
这些原理共同作用,使得飞机能够在大气层内进行稳定、安全的飞行。
飞机飞行原理飞机飞行原理飞机是一种运用动力推进系统起飞、维持平衡及控制在空中飞行的航空器。
飞机的飞行特性和动力系统有许多既复杂又有趣的原理,它们都是航空发展及飞行安全的基石。
下面将介绍飞机飞行原理中核心部分--力学原理,以帮助人们熟悉飞机运行及控制的基本原理。
力学原理主要分为四个部分,它们分别是推进力,空气动力学,机械平衡,及控制原理。
推进力是指飞机主要的爬升动力,它是由推进系统提供的工作流体的动能来推动飞机的主机及机翼。
这些推力系统可以是发动机、空气推进装置,或轮胎等。
其中最常用的是汽油机发动机,它们可以提供足够的动能,来把飞机穿越至另一端的飞行途中。
空气动力学,也被叫做飞行动力学,指的是飞机在空气中的运动学。
它是以空气密度和流速为基础,来控制飞机以实现理想的飞行速度及轨迹。
由于空气密度和流速不断变化,所以只要照顾到机动性要求,就能确保飞机和机翼保持飞行稳定。
机械平衡是指飞机的整体稳定性,这个稳定性也叫作“飞行安全性”。
机械平衡是采用不同机械装置,以确保飞机始终以空速保持稳定状态,不管在任何环境中,机翼总是能够形成稳定的气流流动。
最后是控制原理,它指的是飞行控制系统,这是控制飞行的主要方法。
飞行控制技术可以将飞机在空中的运动转化为安全的飞行轨迹,飞行人员可以操纵飞行控制装置,提高理想的飞行性能,和安全的飞行。
以上就是飞机飞行原理的基本介绍,由于技术发展,它们已经不断完善和变得更加可靠,飞机飞行过程中的安全性也提高了不少,更加符合及达到高标准的要求。
当人们了解飞行运行和控制的核心原理及细节,就能很好地管理和操纵飞行器,依靠它们来安全、顺利地完成自己的飞行任务。
第二章- 飞行原理本章讨论飞行中支配作用于飞机上力的基本物理定律,以及这些自然定律和力对飞机性能特性的影响。
为了胜任的控制飞机,飞行员必须理解涉及的原理,学会利用和抵制这些自然力。
现代通用航空飞机可能有相当高的性能特性。
因此,飞行员充分领会和理解飞行艺术所依赖的原理是越来越必要的。
大气结构飞行所处的大气是环绕地球并贴近其表面的一层空气包层。
它是地球的相当重要的一个组成部分,就像海洋或者陆地一样。
然而,空气不同于陆地和水是因为它是多种气体的混合物。
它具有质量,也有重量,和不确定的形状。
空气象其他任何流体一样,由于分子内聚力的缺乏,当受到非常微小的压力时就会流动和改变它的形状。
例如,气体会充满任何装它的容器,膨胀和传播直到其外形达到容器的限制。
大气的组成是由78%的氮气,21%的氧气以及1%的其他气体,如氩气和氦气。
由于部分元素比其他的重,较重的气体如氧气有个天然的趋势,会占据地球的表面。
而较轻的气体会升到较高的区域。
这就解释了为什么大多数氧气包含在35000英尺高度以下。
因为空气有质量也有重量,它是一个物体,作为一个物体,科学定律会向其他物体一样对气体起作用。
气体驻留于地球表面之上,它有重量,在海平面上产生的平均压力为每平方英寸14.7磅,或者29.92英寸水银柱高度。
由于其浓度是有限的,在更高的高度上,那里的空气就更加稀薄。
由于这个原因,18000英尺高度的大气重量仅仅是海平面时的一半。
如图2-1大气压力尽管有多种压力,这里的讨论主要涉及大气压力。
它是天气变化的基本因素之一,帮助提升飞机,也驱动飞机里的某些重要飞行仪表。
这些仪表是高度仪,空速指示仪,和爬升率指示仪,和进气压力表。
虽然空气很轻,也受重力吸引的影响。
因此,和其他物质一样,由于有重量,就产生了力量。
由于它是流体物质,朝各个方向施加的力是相等的,它作用于空气中物体的效果就是压力。
在海平面的标准条件下,由于大气重量而施加于人体的平均压力大约14.7lb/in。
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。
二、气体流动的基本规律
1.气体流动的状态参数
包括:速度 、 压力 、 密度 、 温度 。
2.流动空间对速度的影响
(1)连续性原理
同一时间,流进流管和流出流管的空气质量是相等的,即:ρ1v 1A 1 = ρ2v 2A 2
(2)低速气流的连续方程
低速气流特点:密度ρ不变
方程:v ·A=常数
意义:横截面越小,气流流速越大;横截面积越大,气流流速越小(可举河流与河道)。
3.流动空间对压力的影响
(1)影响:
横截面积大的地方,气体流速小,压力大;
横截面积小的地方,气体流速大,压力小。
(2)伯努利方程:流体力学之父“伯努利”
0221P v P =+ρ,其中P 为静压,22
1v ρ为动压,P 0为全压 (3)伯努利定理
内容:流体在稳定连续流动中,流场各处全压不变,如果某点的流速越大(动压大),则该点的静压就会越小。
适应条件:气流是连续、稳定的,即流动是定常的;流动的空气与外界没有能量交换,即空气是绝热的。
空气没有粘性,即空气为理想流体。
三、飞机升力的产生
1.升力产生的部件:机翼
2.升力的产生
前方来流被机翼分为了两部分:一部分从上表面流过,一部分从下表面流过;由连续性定理析可知,流过机翼上表面的气流,比流过下表面的气流的速度更快;上下表面出现的压力差,在垂直于(远前方)相对 气流方向的分量,就是升力。
3.仰角:翼弦和相对气流方向的夹角。
①当α<α临界,升力系数随迎角增大而增大。
②当α=α临界,升力系数为最大。
③当α>α临界,升力系数随迎角的增大而减小,进入失速区。
四、飞行中飞机的受力
1.阻力的分类
(1)摩擦阻力
①产生原因:飞机表面不光滑,气流经过飞机表面发生摩擦。
②减小措施:提高制造工艺,使表面尽量光滑,表明不产生变形。
(2)压差阻力
①产生原因:处于流动空气中的物体的前后的压力差,导致气流附面层分离,从而产生的阻力。
气流流过机翼后,在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区,压强降低;而在机翼前缘部分,气流受阻压强增大,这样机翼前后缘就产生了压力差,从而使机翼产生压差阻力
(3)诱导阻力(了解)
①产生原因:由于翼尖涡的诱导,导致气流下洗,在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力,这就是诱导阻力。
五、飞机的中心与平衡
1.重心和压力中心
(1)重心:飞机重力的作用点叫做飞机的重心。
飞机重心主要指飞机各部件、装载重力之和。
压差阻力
诱导阻力
(2)压力中心:机翼的升力作用点。
2.俯仰稳定的实现
措施:由水平尾翼产生的俯仰稳定力矩实现。
六、飞机的基本操纵方法
1.机体轴系
(1)纵轴:过重心,在飞机对称面内,与机身对称轴平行的轴线(x 轴)。
(2)横轴:过重心,垂直于飞机对称面的轴线(z 轴)。
(3)立轴:过重心,在飞机对称面内,与纵轴垂直的轴线(y 轴)。
2.飞机的三种运动
(1)滚转:绕机体纵轴的转动。
(2)偏转:绕机体立轴的转动。
(3)俯仰转动:绕机体横轴的转动。
3.飞机的主要操纵舵面:升降舵、方向舵、副翼
(1)俯仰转动与升降舵操作<驾驶杆>
①拉杆 => 升降舵上偏 => 尾翼上方气流受阻 => 上方流速减小,压力增大 => 产生向下的空气动力 => 对飞机重心构成上仰力矩 => 机头上仰
②推杆 => 升降舵下偏 => 尾翼下方气流受阻 => 下方流速减小,压力增大 => 产生向上的空气动力 => 对飞机重心构成下俯力矩 => 机头下俯
(2)方向偏转与方向舵操作
平尾:负升力
①左脚向前蹬脚蹬=> 方向舵左偏=> 左侧气流受阻=> 左侧流速减小,压力增大=> 产生向右的空气动力=> 对飞机重心构成向左偏转的力矩=> 机头左偏
②右脚向前蹬脚蹬=> 方向舵右偏=> 右侧气流受阻=> 右侧流速减小,压力增大=> 产生向左的空气动力=> 对飞机重心构成向右偏转的力矩=> 机头右偏
(3)横侧滚转与副翼操作
①向左拉杆=> 左侧副翼上偏,右侧副翼下偏=> 左侧上方气流受阻,右侧副翼下方气流受阻=> 左侧上表面空气流速减小,压力增大,产生向下的空气动力;右侧下表面空气流速减小,压力增大,产生向上的空气动力=> 两侧产生相反力矩=> 飞机向左滚转。