《民航概论》课件第二章2-2

第二章民用航空器RETURNEXIT第二章民用航空器AUDIOCONTROLS§2.1民用航空器的分类§2.2飞行基本原理§2.3飞机的基本结构§2.4飞机的动力装置§2.5飞机的电子仪表装置RETURNEXIT§2.1民用航空器的分类和发展AUDIOCONTROLS航空器的分类民用飞机的分类民用航空器的要求一、航空器的分类航空器轻于空气的航空器重于空气的航空器•飞艇•热气球•滑翔机莱特兄弟制作的“飞行者1号”1903年首飞•B737系列•A320系列•波音787•A380一、航空器的分类轻于空气的航空器非动力驱动：气球动力驱动：飞艇自由气球系留气球刚性飞艇非刚性飞艇一、航空器的分类重于空气的航空器非动力驱动：气球动力驱动滑翔机风筝飞机扑翼机旋翼航空器二、民用飞机的分类•按用途分：航线飞机通用航空飞机商业运输用，运输机通用航空用二、民用飞机的分类1.航线飞机★客机★客货混装机★货机二、民用飞机的分类2.客机1）按航程分：远程客机中程客机短程客机航程8000km航程：3000～8000km航程3000km二、民用飞机的分类2.客机2）按发动机类型分：活塞式喷气式涡喷式涡桨式涡扇式涡轴式客机二、民用飞机的分类2.客机3）按飞行速度分：亚音速飞机超音速飞机高亚音速飞机低速飞机V400km/hM：0.8~0.89M1客机二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机原英国飞机公司和法国宇航公司联合研制的四发中程超音速客机，1969年实现首飞。1976年1月12日正式投入航线运营。研制背景二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机共生产20架，其中16架投入运营，英航、法航各占8架。一直亏损运营，依靠政府补贴。航线：巴黎—纽约；伦敦—纽约。于2000年发生空难，随后于2003年正式退役。运营状况二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机三大弱点经济性差航程短噪音污染严重二、民用飞机的分类2.客机“协和”号超音速客机唯一投入商业飞行的超音速客机誉为世界上最安全、最快速的飞机历史意义二、民用飞机的分类2.客机4）按客座数分小型飞机中型飞机大型飞机客座数100客座数100~200客座数200客机二、民用飞机的分类2.客机5）按机身直径分宽体客机窄体客机机身直径3.75m机身直径3.75m客机二、民用飞机的分类3.通用航空飞机1）公务机2）农业机3）教练机4）多用途轻型飞机三、民用航空器的使用要求安全、快速、经济、舒适、环保RETURNEXIT§2.2飞行基本原理AUDIOCONTROLS空气动力学基础飞机上的作用力飞机升力的产生飞机的飞行控制一、空气动力学基础空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。①理想流体，不考虑流体粘性的影响。②不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma0.4。③绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma0.4。•流体模型化前缘后缘（一）连续性定理流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。12S1,v1S2,v2设：单位时间内流过截面的流体质量为m，则有：则根据质量守恒定律可得：结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。（一）连续性定理22221111SvmSvm；常数CSvSvSvSv2211222111●日常生活中的连续性定理山谷里的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢（二）伯努利定理同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。（二）伯努利定理于是有：2102vPP—动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。212vP—静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时当地的大气压。0P—总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。●深入理解动压、静压和总压同一流线：总压保持不变。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。●伯努利定理适用条件气流是连续、稳定的，即流动是定常的。空气没有粘性，即空气为理想流体。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。●深入理解动压、静压和总压同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。二、飞机升力的产生相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？起点终点●升力的产生原理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。由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。流过上表面的气流流过下表面的气流211102PvP212202PvP2211112222PvPv12vv12PP●升力的产生原理●升力的产生原理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。机翼升力的着力点，称为压力中心(CenterofPressure)迎角迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。•升力公式212VS—飞机的升力系数—飞机的飞行动压—机翼的面积。SCvSvCYyy222121yC●升力系数随迎角的变化规律当αα临界，升力系数随迎角增大而增大。当α=α临界，升力系数为最大。当αα临界，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。临界yC三、飞机上的作用力升力重力推力阻力LiftPullWeightDrag升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。•阻力阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。SvCXx221212VS—飞机的阻力系数—飞机的飞行动压—机翼的面积。xC对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：•摩擦阻力(SkinFrictionDrag)•压差阻力(FormDrag)•干扰阻力(InterferenceDrag)•诱导阻力(InducedDrag)废阻力(ParasiteDrag)粘性升力●阻力产生原因①摩擦阻力由于飞机表面上空气有粘性，气流与飞机表面发生粘滞摩擦而引起的与飞行方向相反的力，称为摩擦阻力。●影响摩擦阻力的因素摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。②压差阻力压差阻力是由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。●压差阻力的产生气流流过机翼后，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。●影响压差阻力的因素总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。③干扰阻力飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效地减小干扰阻力的大小。④诱导阻力由于翼尖涡的诱导，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。翼尖涡的形成正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）翼尖涡的立体形态翼尖涡的形态诱导阻力的产生空气在翼尖形成漩涡，产生一个向下的下洗速度ω，使原来的相对气流速度方向发生改变，由v→v’，使升力L偏转到L’，L‘的水平分量D，即为诱导阻力。如下图所示：LL’D●影响诱导阻力的因素机翼平面形状：椭圆形机翼的诱导阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力●翼梢小翼●翼梢小翼⑤激波阻力对于高速飞行，除了上述四个阻力外，还产生激波阻力。产生原因当物体以接近于音速飞行时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气层，该层空气密度增加，阻力增加，空气分子剧烈碰撞，使稳定增加，称为激波。激波导致：阻力增加，升力减小，形成“音障”。飞机速度接近和超过音速时，只有当推力增大到一定程度时，才能克服激波带来的阻力，突破音障。•马赫数MV：飞行速度；a：当地音速•超音速飞机在超越音障时，由于激波的传播，发出雷鸣般的声音，称音爆。超音速飞行，燃料消耗大，经济性差。•高亚音速飞机•在局部区域上可能达到或超过音速，产生局部激波。应尽可能推迟激波的产生，如采用后掠翼，超临界翼型。a/vM●阻力相关资料典型飞机阻力构成阻力名称亚音速运输机超音速战斗机单旋翼直升机摩擦阻力45%23%25%诱导阻力40%29%25%干扰阻力7%6%40%激波阻力3%35%5%其他阻力5%7%5%●总空气动力升力和阻力之和称为总空气动力。四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡2.飞机的稳定性3.飞机的操纵性四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡1）机体轴系四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡之：飞机的运动I.绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰转动II.绕立轴（OY轴）的转动称为偏航运动四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡之：飞机的运动II.绕纵轴（OX轴）的转动称为横滚运动四、飞机的飞行控制1.飞机的平衡之：飞机的运动四、飞机的飞行控制平衡的概念：所有作用于飞机的外力和力矩之和都等于零的状态为飞机的平衡状态。平衡包括：作用力平衡、力矩平衡飞机的纵向平衡飞机的横向平衡飞机的航向平衡1.飞机的平衡四、飞机的飞行控制2.飞机的稳定性稳定性的概念结论：欲使物体具有稳定性飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。①物体在受到扰动后能够产生稳定力矩，使物体具有自身恢复到平衡状态的趋势②在恢复过程中同时产生阻力力矩，保证物体最终恢复到平衡状态四、飞机的飞行控制•飞机的稳定性俯仰稳定性方向稳定性横侧稳定性四、飞机的飞行控制2.1飞机的俯仰稳定性●什么是俯仰稳定性飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。●俯仰稳定性的实现飞机的俯仰稳定性，由水平尾翼产生的俯仰稳定力矩实现。水平尾翼正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的安装角更小。●平尾产生俯仰稳定力矩瞬间受扰机头上抬扰动运动消失迎角恢复原值平尾附加升力俯仰稳定力矩2.2飞机的方向稳定性●什么是方向稳定性飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。•方向稳定性的实现①主要由垂尾产生方向稳定力矩来实现。横轴后掠角上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。②其他方向稳定力矩的产生上反角机身四分之一翼弦连线2.3飞机的横向稳定性●什么是横向稳定性飞机的横向稳定性，指的是飞机绕纵轴的稳定性，也叫侧向稳定性。影响侧向稳定性的主要因素是机翼的上反角、后掠角和垂尾的大小。●横侧稳定性主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生I.上反角产生的横侧稳定力矩上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。II.后掠角产生的横侧稳定力矩后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力大于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。•2.4飞机的方向稳定性和横侧稳定性的关系飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互关