第三章飞行理论.

第三章飞行理论3.1飞机重心、机身坐标的飞机在空中的自由度3.2飞行时作用在飞机上的外载荷及其平衡方程3.3载荷系统3.4巡航飞行、起飞和着陆3.5水平转弯和侧滑3.6等速爬升和等速下滑3.7增升原理和增升装置3.1飞机重心、坐标、在空中的自己度1、飞机重心的概念:①飞机的重力：飞机机体以及飞机上所装载的所有设备、燃油、货物、乘员等重量之和叫做飞机的重力，用符号W表示。②飞机重心：飞机重力的作用点，重心在机体对称面内。③重心表示法：%100AWWbXX2、飞机重心位置的变化①飞机重心位置与飞机的装载情况有关，而与飞机的飞行状态无关。②在飞行中，收、放起落架，燃油消耗等都会使飞机重心发生变化。③理论上，飞机重心是一个点，实际上是一个“限”的概念，重心有前限、后限、左限、右限，只要装载重心落在这个限内就符合重心的要求。二、飞机的机体坐标1.确定飞机在空中运动特性的基本方法：把飞机看作一个刚体。全部质量都集中在飞机重心上，用飞机重心的运动轨迹代替整架飞机的运动轨迹。飞机的任何一种运动都可以分解成全机随着重心的移动和绕重心的转动。2.机体坐标研究飞机运动时选取机体坐标O(Xt、Yt、Zt)是与机体固连，随机体一起运动的坐标系。它的园点位于机体的重心O。①纵轴（也叫OXt轴）：通过重心，位于飞机对称面内，沿机身轴线，箭头指向机头方向。飞机绕纵轴的转动叫滚转或倾斜。②立轴（OYt轴）：通过重心，在飞机对称面内，并与纵轴垂直的直线，指向座舱上方。飞机绕立轴的转动叫偏转或偏航．③横轴（OZt轴）：通过重心并与对称面垂直，箭头指向右机翼。飞机绕横轴的转动叫俯仰或抬头、低头。Yt(立轴)Zt(横轴)Xt(纵轴)飞机重心O三、飞机空中自由度1.重心的移动有3个自由度：分别是沿Xt轴、Yt轴和Zt轴的平移，2.机体绕重心转动有3个自由度：①绕Xt轴的滚转、②绕Yt轴的偏航③绕Zt轴的俯仰。飞机在空中共有6个自由度。滚转偏航俯仰3.2作用在飞机上的外载荷及平衡方程一、飞行中作用在飞机上的外载荷：1.飞机重力W：2.空气运动R：升力L，气动阻力D，侧向气动力Z3.发动机推力P：升力阻力推力重力二、外载荷组成平衡的条件1.外载荷组成平衡力系的条件是：外载荷的合力等于零；外载荷的合力矩等于零。∑X=0，∑Y=0，∑Z=0；∑Mx=0，∑My=0，∑MZ=0∑My=0Mx=0∑MZ=0②定常飞行：当作用在飞机上的外载荷满足式上式时，飞机处于平衡的飞行状态，速度的大小和方向都不会发生变化。这种飞行状态也叫做定常飞行。飞机在某一高度做匀速巡航飞行、等速爬升、等速下滑等都是定常飞行。它是飞机最经常、最重要的飞行状态作用在飞机上的外载荷：飞机重力W、气动升力L0、气动阻力D0和发动机推力P是一个平衡力系，满足六个平衡方程：∑Y=0L0=W∑X=0P0=D0∑Mz=0，MA=MB例：水平匀速巡航飞行时平衡方程L0WP0D0MAMB3.变速运动飞行：如果作用在飞机上的外载荷不能满足式平衡方程，飞机就会做变速运动，速度的大小或方向会发生变化，改变原来的飞行状态。比如：PD，飞机会加速飞行；LW，飞机会产生向上的曲线飞行；MA≠MB飞机会抬头或低头，产生绕机体横轴OZt的转动角加速度等等。飞机水平转弯，进入俯冲，俯冲拉起等机动飞行都是在不平衡外载荷作用下进行的变速运动。例：飞机进行俯冲拉起时的受力情况RvgWamFnn2L=Fn+Wcosθ飞机俯冲拉起时的速度越大，轨迹的半径越小，所需要的升力就越大。FnL3.3载荷系数载荷系数定义：除了飞机重力外，作用在飞机上的其他外载荷沿飞机机体坐标轴方向的分量与飞机重力之比称为飞机在该方向的载荷系效。用nx、ny、nz表示，大小表示该方向外载荷是飞机重力的几倍；它的正负表示外载荷的方向。在飞机的3个载荷系数中，飞行中变化比较大。对飞机结构受力影响比较大的是载荷系数ny。它是飞机结构设计的主要依据。所以，一般说“飞机过载”就是指ny。飞机在Z轴方向的过载等于飞机侧向力（Z）与飞机重量的比值，即飞机在X轴方向的过载等于发动机推力P与飞机阻力X之差与飞机重量的比值，即飞机在Y轴方向的过载等于升力与重量之比。即WZnzWXPnx)(WLnyny的正、负号与升力的正、负号一致，升力的方向与Y轴相同，则取正号；反之则取负号。机动过载：飞机在机动飞行中，比如进入俯冲、俯冲拉起、水平转弯等，驾驶员操纵飞机使飞机的升力发生变化产生的过载称为机动过载。阵风过载：飞机在飞行中遇到阵风，使飞机的飞行速度和迎角改变造成飞机升力的变化，产生的过载叫阵风过载。如果遇到较大的垂直向上的阵风，会产生比较大的正过载；如果遇到较大的垂直向下的阵风，会产生比较大的负过载3.4巡航飞行、起飞和着陆SCWvL23.4.1巡航飞行1、平飞所需速度和所需功率:（1）平飞所需速度飞机的平飞：飞机在某一高度进行的水平匀速巡航飞行。保持水平飞行的条件之一：L=W由升力公式得：影响平飞所需速度的因素①飞机重量：飞机重量大，保持平飞所需升力就大，在其他因素不改变的条件下，平飞所需速度大。②升力系数：升力系数增大，在一定飞行高度和速度下，则会产生较大的升力，只需较小的速度就可以获得足以平衡飞机重力的升力。③空气密度：空气密度大，在一定飞行速度和迎角下，飞机会产生较大升力，则保持平飞所需速度小。高空平飞所需速度比低空平飞要大。④机翼面积：机翼面积大，产生升力大，为了获得足够升力以平衡飞机重力，平飞所需速度就小。（2）平飞需用功率KWCCWSSCWCSvCDPDLLDDo/221212在平飞中，要保持速度不变，发动机的推力应与飞机阻力相等，P0=D0由阻力公式得：平飞所需功率推力在单位时间内所做的功就是平飞所需功率，用N平飞表示。N平飞=P平飞×V平飞式中P平飞是保持飞机V平飞速度飞行时需要的推力，叫做平飞时的需用推力。平飞所需功率取决于平飞速度和需用推力的大小。2、最大平飞速度和最小平飞速度（1）最大平飞速度V平飞最大：最大平飞速度一般是指在发动机满油门状态下，飞机做水平直线飞行时所能达到的最高稳定平飞速度。也有的规定在其他油门状态下，比如额定油门状态下，所能达到的最高稳定平飞速度定为最大平飞速度。飞机在某一高度的最大平飞速度由在这一高度飞机平飞所需推力(或所需功率)与额定状态下发动机的可用推力或拉力（或可用功率）相等来确定。在一定飞行高度上，把平飞需用推力随速度变化的关系用曲线表示出来，称为平飞需用推力曲线。废阻力总阻力诱导阻力速度阻力742974451334发动机可用推力发动机在一定工作状态下，所能提供的推力叫发动机可用推力。根据发动机原理可知，在飞行高度和油门一定的情况下，涡轮喷气发动机的推力随飞行速度变化的规律是；在亚音速范因内，随着飞行速度的增大，发动的推力开始略有降低，随后又有所提高。PP可用V平飞推力曲线图把同一高度上平飞需用推力曲线和相应的满油门状态下的可用推力曲线绘制在同张图上，该图称为平飞推力曲线图。从上图中可以找出：飞机最大平飞速度Vmax;飞机最小平飞速度Vmin；飞机平飞有利速度V有利；剩余推力ΔP；平飞速度范围ΔVVmaxVminV有利ΔPPV需用推力可用推力ΔP400012000200002006001000不同高度下，最大平飞速度。在交点的右方，由于P平飞P可用，飞机不可能在VV平飞最大速度上保持稳定平飞；在交点的左方，由于P平飞＜P可用，可以通过关小油门，在V＜V平飞最大速度上保持稳定平飞。H=0H=5H=10H=15影响最大平飞速度的因素①发动机可用推力：随着高度的增加，最大平飞速度逐渐减小。②飞机结构：最大平飞速度确定的动压是飞机结构进行强度计算的基本条件之一。低于巡航高度飞行时，受到飞机结构强度的限制，飞机的飞行速度达不到发动机可用推力允许达到的最大平飞速度，也就是飞机能达到的平飞速度要比最大平飞速度小。2maxmax21qV（2）最小平飞速度V平飞最小最小平飞速度：是飞机维持水平飞行的最低稳定速度。V平飞最小V失速飞机飞行的迎角应大于临界迎角随着高度的增加，最小平飞速度将增大。以接近临界迎角飞行，增大的阻力可能超过发动机的可用推力，而使最小平飞速度增加。400012000200002006001000H=0H=5H=10H=153、飞机平飞速度范围从最小平飞速度到最大平飞速度叫做飞机的平飞速度范围。飞机的平飞速度范围越大，说明飞机的平飞性能越好。飞行包线：飞机的最小平飞速度和最大平飞速度随着飞行的高度变化，所以，飞机的平飞速度范围也随着飞行的高度而变化。这个变化情况可以用飞行包线表现出来。飞机的平飞包线，以飞行速度和高度为坐标轴，以最小平飞速度和最大平飞速度为边界线画出的飞行包线。最大升力系数和可用推力的限制可用推力限制结构强度的限制巡航高度500010000150004006008001000VminMmaxVmaxHV4、飞行包线飞机的飞行包线：以飞行高度、飞行速度、载荷系数等飞行参数为坐标，以飞行的各种限制条件，比如。最大飞行速度、最小飞行速度、最大过载、最小过载等为界限，将飞机飞行时可能出现的飞行参数的各种组合情况用一条封闭的曲线包围起来。这个封闭曲线组成的图形就叫做飞机的飞行包线。飞行包线对飞机飞行的限制在于：飞机在飞行中出现的各种飞行参数的组合只能出现在飞行包线所围范围以内，或飞行包线的边界线上。包线所圈范圈之外的各点所代表的各种参效的组合不能在正常飞行中出现。飞行包线对研究飞机飞行的意义在于：飞行包线边界线上或所围范围内的某些点所表示的飞行参数的组合，对研究飞机结构受力或飞机的飞行性能具有代表性。过载包线过载速度最大正过载最大速度最大负过载5、巡航性能飞机的巡航性能主要是巡航速度、航程和航时(续航时间)。①巡航速度是指每千米耗油量最小的飞行速度，即达到最大航程对应的飞行速度。②航程是指飞机在无风和不加油的条件下，连续飞行耗尽可用燃油时飞行的水平距离。③航时是指飞机耗尽可用燃油时，能持续飞行的时间3.4.2飞机的起飞3.4.2飞机的起飞飞机起飞过程：指飞机从起飞线开始滑跑，加速到抬起前轮，继续加速到飞机离地，最后爬升越过安全高度点为止所经历的整个过程。飞机起飞三个阶段：地面滑跑加速、拉起(离地)和空中加速爬升。爬升离地滑跑飞机起飞的主要性能SCWvL21、离地速度飞机起飞滑跑时，当升力正好等于飞机重量时的瞬时速度，叫做离地速度。因为达到离地速度时飞机的升力等于重量，所以飞机的离地速度可以表示为：•影响离地速度的因素：①飞机起飞重量越大，离地速度就越大。②空气密度越小。离地速度就越大。③离地时的升力系数越小，离地速度就越大。离地时升力系数的大小和飞机离地时的姿态及增升装置的使用有关。2、起飞距离、滑跑距离起飞距离：指从开始滑跑到飞机越过安全高度时所经过的水平距离。它需要考虑起飞滑跑加速、拉起离地和上升到安全高度三个阶段。影响起飞距离的因素：①飞机起飞重量②发动机的推力③大气条件④增升装置的使用⑤爬升角3.4.3着陆3.4.3着陆飞机从通过安全高度下滑，平飞减速，接地滑跑直至完全停止下来所经历的整个过程叫着陆。着陆五个阶段：下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和着陆滑跑下滑拉平平飞减速飘落滑跑着陆距离停止1、接地速度SCWkvL接接2接地速度：飞机在着陆过程中接地瞬间的速度。接地速度越小越好，因为接地速度越小飞机着陆越安全，着陆滑跑的距离也越短。在接地瞬间可取：L着陆=W由此条件可以得出接地速度的计算公式。其中k是考虑到飞机要向前飘落一段才接地，接地速度有所减小而选取的一个略小于l的修正系数。影响着陆速度的因素接地速度过大的危害：①撞击力过大；②滑跑距离过长。影响接地速度因素：①着陆重量过大，着陆接地速度增大。②空气密度过小，着陆接地速度增大。③升力系数小，着陆接地速度增大。在不超过临界迎角和护尾迎角的条件下，接地迎角应取最大值，增升增阻的后缘襟翼在着