第一章 飞机先进气动布局
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飞机气动布局简介想必很多人对飞机很感兴趣,因为飞机大多是很漂亮的,流线型的机身,舒展的机翼,实现了人类在蓝天翱翔的梦想。
其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作,而实质却是受制于空气阻力的被动结果,从某种意义上讲,这种符合人类审美标准的流畅线条其实是空气动力原理的杰作。
大千世界千变万化,飞机也是形态各异,大的、小的、胖的、瘦的,四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的,打个比方,飞机的式样就像宠物狗一样,当真是品种丰富,血统复杂。
俗话说外行看热闹,内行看门道,既然飞机的外观是空气动力原理决定的,那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓,叫做空气动力布局。
下面我们就逐一介绍一下各种气动布局,当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机,就会发现自己不会再看花眼了,其实全世界的飞机品种再多,也无非就以下这几种气动布局而已。
各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别,首先介绍一个最常见的布局——常规布局。
这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼,大的主机翼在前,小机翼也就是水平尾翼在后,有一个或者两个垂直尾翼。
世界上绝大多数飞机属于这种气动布局,特别是客运、货运大型飞机,几乎全是这种布局,例如波音系列、欧洲的空中客车系列,我国的运七、运八、ARJ21,美国的C130等。
我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外,都是常规气动布局。
常规布局最大的优点是技术成熟,这是航空发展史上最早广泛使用的布局,理论研究已经非常完善,生产技术也成熟而又稳定,同其他气动布局相比各项性能比较均衡,所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。
常规气动布局机型——我国的ARJ21祥凤支线客机常规气动布局机型——我国的FC-1枭龙歼击机常规气动布局机型——我国的歼11B歼击机常规布局中还有一个另类——变后掠翼布局,就是主翼的后掠角度可以改变,高速飞行可以加大后掠角,相当于飞鸟收起翅膀,低速飞行时减小后掠角,展开翅膀。
飞机的常见气动布局亲爱的同学们大家好:今天,我想和大家讲一讲,飞机的常见气动布局。
大家知道的都有哪些呢?目前我们所知的可行的飞机的空气动力布局方式有:常规、鸭式、三翼面、变后掠、无尾、飞翼、前掠翼。
这些布局方式各有特色各有长短,我将为大家逐个讲解。
首先是常规,常规布局也就是主翼在前,水平尾翼在后,有一个或两个垂尾的气动布局方式。
使用这种气动布局设计的具有代表性的战斗机有,美国——洛克希德马丁公司:F22猛禽。
俄罗斯——苏霍伊设计局:苏27侧卫。
但其实,我们常见的客货机几乎全是这种设计的。
常规布局的优点是技术成熟,理论研究已经非常完善,生产技术也成熟而又稳定,同其他气动布局相比各项性能比较均衡。
只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。
然后是鸭式。
因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子,故此得名。
说到鸭式布局,我们就不得不说世界上第一架飞机——莱特兄弟的飞行者一号。
它所使用的布局其实就是鸭式布局。
鸭式布局也是主翼在后面,前面加个小机翼叫做鸭翼。
简单地来看,鸭式布局就是将常规布局中的水平位移移到了主翼前方,但鸭翼与平尾并不是一个概念。
虽然鸭翼也承担着控制俯仰的责任,但除此之外,鸭翼还会产生涡流。
这些涡流吹过主翼会带来强大的增升效果,也就是说,鸭翼能提供额外的升力。
如此,鸭式布局的飞机的短距起降性能更强,因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。
鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性,机动性也要比常规布局飞机更加出色。
有时鸭式布局飞机还会在机身的后下方增加两片叫做腹鳍的翼面,以增加大迎角情态下的飞行稳定性,这是因为在大迎角情态下,常规布局的飞机的垂尾还会接触到由主翼和平尾的间隙间吹过的气流,而鸭式布局的飞机的主翼往往会阻断流往垂尾的气流,如此垂尾便不能很好地控制飞机的水平方向稳定,而在机身下方增加的腹鳍则能解决这个问题。
这也是鸭式布局飞机的一个不同之处。
鸭式布局设计的代表战机有:中国成飞歼20,欧洲双风:阵风、台风。
1.什么是航空?什么是航天?航空和航天有何联系?航空:载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。
必须具备空气介质和克服自身重力的升力,大部分航空器还要有产生相对于空气运动所需的推力。
航天:载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动,又称空间飞行或宇宙航行。
联系:航天不同于航空,航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层,这就使航空和航天之间产生了必然的联系2.飞行器是如何分类的?按照飞行器的飞行环境和工作方式不同,分为:航空器,航天器,火箭和导弹。
航空器在大气层内飞行,依靠空气的静浮力或与空气相对运动的空气动力升空飞行。
航天器在大气层外的空间飞行,在运载火箭的推动下获得必要的速度进入大气层外空间,然后再引力作用下完成轨道运动。
火箭可以在大气层内或大气层外飞行,以火箭发动机为动力升空。
导弹可以在大气层内或大气层外飞行,是一种飞行武器,依靠制导系统控制其飞行轨迹。
3.航空器是怎样分类的?各类航空器又如何细分?根据产生升力的基本原理不同,分为轻于同体积空气的航空器(依靠空气的静浮力升空,又叫浮空器)和重于同体积空气的航空器(靠与空气相对运动产生升力升空)两大类。
轻于同体积空气的航空器气球:无推进装置;飞艇:有推进装置,可控制飞行。
重于同体积空气的航空器:固定翼航空器:1)飞机:由动力装置产生前进推力或拉力,由固定机翼产生升力。
2)滑翔翼:没有动力装置,由飞机推曳起飞,或用汽车等其他装置牵引起飞。
旋转翼航空器:1)直升机:以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源。
2)旋翼机:利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。
扑翼航空器:机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动,既产生升力又产生向前的推进力。
倾转旋翼航空器:同时有旋翼和固定翼,且在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件。
4.航天器是怎样分类的?各类航天器又如何细分?航天器分为无人航天器和载人航天器。
气动布局技术在飞翼式飞机设计中的应用随着科技的不断进步和发展,航空工业也在快速发展中不断创新,不断推陈出新。
其中,飞翼式飞机的应用越来越受到人们的关注和青睐。
飞翼式飞机不仅可以提高飞机的飞行效率,降低能耗,还可以提高安全性能。
在现代飞翼式飞机中,气动布局技术是至关重要的一项技术,它能够帮助飞机实现更好的飞行性能和安全性能,大大推动了飞机的发展。
一、飞翼式飞机的优越性能飞翼式飞机是无尾翼、机身与机翼形成一个整体的飞机,而传统的飞机则是由机身和机翼两部分组成。
飞翼式飞机采用了翼身一体的设计,可以减少空气阻力,降低气动噪声,提高飞行效率。
与传统的飞机相比,飞翼式飞机的设计更加紧凑,在同等长度的情况下,它的机翼比传统的机翼更加宽广,起降距离更短,可以适应更多的起降场。
此外,飞翼式飞机的机身比传统的飞机宽,可以容纳更多的乘客和货物,扩大了使用范围。
同时,由于整个机身和机翼都是一个整体,因此在面对一些机件故障时,飞翼式飞机的表现更可靠,飞行更加安全。
二、气动布局技术的应用在飞翼式飞机的设计中,气动布局技术是非常重要的。
气动布局技术可以通过对飞机的外形进行优化设计,实现更优秀的飞行性能和安全性能。
其中,气动布局技术包括飞机机体的形状、机翼的布局和飞机的气动特性等方面。
下面,我们来分别探讨一下。
1. 机体的形状设计飞机的机身形状是影响飞机飞行性能和安全性能的关键因素之一。
气动布局技术可以通过机体的形状设计,对气动外形进行优化,减少空气阻力,提高飞机的飞行效率。
同时,在设计中还要考虑到飞机的姿态控制,内部空间利用等因素,以提高机身的合理性。
2. 机翼的布局优化机翼是飞机的关键部件之一,不仅要有高的升力系数,还要有较低的阻力系数。
气动布局技术在飞翼式飞机的机翼设计中更是起到了决定性的作用。
可以通过改变翼的弯曲形状、尺寸,以及翼面的气动布局等因素,来实现机翼的优化设计,提高升力系数、减小阻力系数、减少失速现象,更好的抵御各种外部环境因素。
盛年不重来,一日难再晨。
及时宜自勉,岁月不待人。
飞机气动设计分析——由图-22M和B-1B浅析现代超音速轰炸机设计SYXXXXXXXXX一、超音速轰炸机简介众所周知,轰炸机是用于从空中对地面或水上目标进行轰炸的飞机,具有载弹量大,飞行距离远的特点。
飞机开始投入战争后不久,便出现了专门用于对地面实施轰炸的轰炸机。
一二次世界大战期间,轰炸机得到迅速发展和广泛使用,以美国B-17、B-29为代表的全金属四发重型轰炸机的出现是轰炸机发展到新水平的标志,这时的轰炸机载弹量可达8至9吨,航程在5000公里上下。
战后,航空进入喷气时代,轰炸机也不例外,在现代喷气式轰炸机问世以来的50多年里,轰炸机的发展已经经历了三个明显的阶段(如图1所示):图1 喷气式轰炸机发展的三个阶段第一阶段是上世纪60、70年代出现的亚音速喷气式轰炸机,以苏联图-16(我国轰六的原型)、英国的三V轰炸机(“胜利”、“火神”、“勇士”)、美国B-47和B-52等为代表。
这一时期,飞机设计上的主要特点是以喷气动力取代螺旋桨动力,首先解决的是有无问题,在飞机的外形和结构设计上与之前的螺旋桨动力轰炸机并无较大区别。
这类轰炸机由于飞行速度较慢,雷达散射截面积较大,在完整的现代防空体系面前不堪一击,突防能力较弱,但到目前为止仍有很大一部分的亚音速轰炸机在各国空军服役。
第二阶段是上世纪70、80年代出现的超音速轰炸机。
超音速轰炸机往往采用了变后掠翼设计,解决了超音速轰炸机研制初期如B-58轰炸机遇到的速度与航程间的矛盾,这一阶段的代表是美国B-1B和苏联图-160、图-22M等。
超音速战略轰炸机的出现使得战略轰炸机的突防能力大大增强,打击能力也相应提高。
第三阶段是上世纪末出现的隐身轰炸机,使轰炸机的战场生存能力和威慑力得到更大的提高。
目前,隐身战略轰炸机只有美国的B-2一种。
可见,超音速轰炸机的出现是为了弥补亚音速轰炸机飞行速度较慢且无隐身能力的缺点,从而实现超音速突防,快速抵达攻击范围或目标上空实施打击。
案现代作战飞机的气动布局有很多种,主要有常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等。
自从莱特兄弟发明第一架飞机以来,飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。
这种布局一直沿用到现在,也是现代飞机最经常采用的气动布局,因此称之为“常规布局”。
鸭式布局,是一种十分适合于超音速空战的气动布局。
早在二战前,前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧,就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能,而且前翼和机翼可以同时产生升力,而不像水平尾翼那样,平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。
早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子,“鸭式布局”由此得名。
无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。
对于无平尾布局,其基本优点为超音速阻力小和飞机重量较轻,但其起降性能及其它一些性能不佳,总之以常规观点而言,无尾布局不能算是一种理想的选择。
然而,随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求,使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。
在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。
三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初,米高扬设计局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8试验机。
三翼面的采用使得飞机机动性得到提高,而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制,同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。
俄罗斯的苏-34、苏-37和苏-47都采用这种布局。
早在二战期间,美国和德国就开始研究这种布局的飞机。
现代采用飞翼布局的最新式飞机,就是大名鼎鼎的美国B-2隐型轰炸机。
由于飞翼布局没有水平尾翼,连垂直尾翼都没有,只是像一片飘在天空中的树叶,所以其雷达反射波很弱,据说B-2在雷达上的反射面积只有同类大小飞机的百分之一。
变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求,在六七十年代曾得到广泛应用,但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增,再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用,在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。
1.什么是航空?什么是航天?航空和航天有何联系?航空:载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。
必须具备空气介质和克服自身重力的升力,大部分航空器还要有产生相对于空气运动所需的推力。
航天:载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动,又称空间飞行或宇宙航行。
联系:航天不同于航空,航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层,这就使航空和航天之间产生了必然的联系2.飞行器是如何分类的?按照飞行器的飞行环境和工作方式不同,分为:航空器,航天器,火箭和导弹。
航空器在大气层内飞行,依靠空气的静浮力或与空气相对运动的空气动力升空飞行。
航天器在大气层外的空间飞行,在运载火箭的推动下获得必要的速度进入大气层外空间,然后再引力作用下完成轨道运动。
火箭可以在大气层内或大气层外飞行,以火箭发动机为动力升空。
导弹可以在大气层内或大气层外飞行,是一种飞行武器,依靠制导系统控制其飞行轨迹。
3.航空器是怎样分类的?各类航空器又如何细分?根据产生升力的基本原理不同,分为轻于同体积空气的航空器(依靠空气的静浮力升空,又叫浮空器)和重于同体积空气的航空器(靠与空气相对运动产生升力升空)两大类。
轻于同体积空气的航空器气球:无推进装置;飞艇:有推进装置,可控制飞行。
重于同体积空气的航空器:固定翼航空器:1)飞机:由动力装置产生前进推力或拉力,由固定机翼产生升力。
2)滑翔翼:没有动力装置,由飞机推曳起飞,或用汽车等其他装置牵引起飞。
旋转翼航空器:1)直升机:以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源。
2)旋翼机:利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。
扑翼航空器:机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动,既产生升力又产生向前的推进力。
倾转旋翼航空器:同时有旋翼和固定翼,且在机翼两侧翼梢处各装有一套可在水平与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件。
4.航天器是怎样分类的?各类航天器又如何细分?航天器分为无人航天器和载人航天器。
第1篇一、实验目的1. 了解和掌握不同气动布局的基本原理和特点。
2. 分析不同气动布局对飞行器性能的影响。
3. 通过实验验证理论知识的正确性。
二、实验器材1. 气动模型(如飞机模型、导弹模型等)2. 风洞实验装置3. 数据采集与分析软件4. 测量工具(如风速计、压力计等)三、实验原理气动布局是指飞行器各个部件的相对位置布置,它直接影响飞行器的空气动力学性能。
不同的气动布局具有不同的升力、阻力、稳定性、机动性等特性。
四、实验内容1. 常规气动布局实验(1)实验步骤:将气动模型置于风洞中,调整角度和速度,记录升力、阻力等数据。
(2)数据分析:分析常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
2. 鸭式气动布局实验(1)实验步骤:将鸭式气动布局模型置于风洞中,调整角度和速度,记录升力、阻力等数据。
(2)数据分析:比较鸭式气动布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
3. 飞翼布局实验(1)实验步骤:将飞翼布局模型置于风洞中,调整角度和速度,记录升力、阻力等数据。
(2)数据分析:分析飞翼布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
4. 三翼面布局实验(1)实验步骤:将三翼面布局模型置于风洞中,调整角度和速度,记录升力、阻力等数据。
(2)数据分析:比较三翼面布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
五、实验结果与分析1. 常规气动布局常规气动布局具有较好的稳定性和机动性,但升力系数相对较低。
在低速和低攻角下,升力系数较高;在高速和高攻角下,升力系数较低。
2. 鸭式气动布局鸭式气动布局具有较好的机动性和升力系数,但稳定性较差。
在低速和低攻角下,升力系数较高;在高速和高攻角下,升力系数较低。
3. 飞翼布局飞翼布局具有较好的升力系数和隐身性能,但机动性和稳定性较差。
在低速和低攻角下,升力系数较高;在高速和高攻角下,升力系数较低。
4. 三翼面布局三翼面布局具有较好的升力系数、稳定性和机动性。