专题飞机飞行的力学原理

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专题 飞机飞行的力学原理

 飞机用途

民用(运输、勘探、农用、消防、拯救等)

军用(歼击、轰炸、侦察、反潜、运输等)

 飞机动力

螺桨式(活塞螺桨、涡轮螺桨、涡轮轴)

喷气式(涡轮喷气、涡轮风扇、、冲压、火箭等)

 机翼类型

固定翼(双翼、单翼、矩形翼、后掠翼、前掠翼、三角翼、双三角翼、鸭翼、可变后掠翼等)

旋翼(单旋翼、双旋翼、可倾转旋翼等)

 举例

歼10飞机:军用歼击机,采用涡轮风扇发动机,机翼类型为鸭翼。

飞机的机翼在飞行中产生升力和阻力

机翼的升力:

221SvCFYY

机翼的阻力:

221SvCFXX

升力系数CY和阻力系数CX: CY和CX都与气流方向和机翼运动方向(航向)的夹角有关,这一角度称为迎角。一般来说,迎角越大,升力和升力系数越大,阻力和阻力系数也越大。当迎角大于某一角度时,升力和升力系数会急剧下降。这一角度称为失速角。

飞机飞行的受力分析:质点情况

考虑飞机为一质点,其受力情况为:

升力 FY

阻力 FX

重力 mg

发动机的推力(或拉力)F

若飞机在水平方向进行匀速直线运动,则:

F = FX

FY = mg

若飞机进行滑翔飞行,其受力情况为:

升力 FY

阻力 FX

重力 mg

很明显,在理想情况下,升力、阻力、重力三者矢量和为零,滑翔飞机做匀速直线运动。即:

RFFmgYX22

一点奥秘

由于:221SvCFYY 221SvCFXX

在稳定飞行时:FY = mg F = FX

结论:

 高速飞行器的翼面积较小,低速飞机的翼面积较大。

 重型飞机的翼面积较大,轻型飞机的翼面积较小。

 高速飞行器阻力系数较小,升力系数也不大。

 低速飞行器升力系数较大,阻力系数也较大。

速度和升阻比的测量和计算

1、 速度计算

由于: 221SvCFYY 221SvCFXX

根据受力平衡:

mgFFYX22

也即:

mgCCSvYX22221

故:

222YXCCSmgv

2、 升阻比计算

由于:

cos212mgSvCFYY

sin212mgSvCFXX

很明显:

tanYXCC

设:飞机的投掷高度为H,滑翔距离为L,则:

tanLH

即: HLCCXY

测量投掷高度为H和滑翔距离为L,就可以计算出升阻比CY /CX 。

也可利用相似三角形的关系推导出以上结论。

一个特例:直升飞机

 直升飞机通过旋翼的旋转运动产生升力

 旋翼旋转时机体可保持静止——悬停

 固定翼飞机的机体与机翼刚性连接。机翼运动产生升力,机体也随之运动。因此无法悬停。