《民航概论》课件第二章精讲

第二章民用航空器上海交通職業技術學院（南校區）飛機機電教研室RETURNEXIT第二章民用航空器AUDIOCONTROLS§2.1民用航空器的分類§2.2飛行基本原理§2.3飛機的基本結構§2.4飛機的動力裝置§2.5飛機的電子儀錶裝置RETURNEXIT§2.1民用航空器的分類和發展AUDIOCONTROLS航空器的分類民用飛機的分類民用航空器的要求一、航空器的分類航空器輕於空氣的航空器重於空氣的航空器•飛艇•熱氣球•滑翔機萊特兄弟製作的“飛行者1號”1903年首飛•B737系列•A320系列•波音787•A380一、航空器的分類輕於空氣的航空器非動力驅動：氣球動力驅動：飛艇自由氣球系留氣球剛性飛艇非剛性飛艇一、航空器的分類重於空氣的航空器非動力驅動：氣球動力驅動滑翔機風箏飛機撲翼機旋翼航空器二、民用飛機的分類•按用途分：航線飛機通用航空飛機商業運輸用，運輸機通用航空用二、民用飛機的分類1.航線飛機★客機★客貨混裝機★貨機二、民用飛機的分類2.客機1）按航程分：遠端客機中程客機短程客機航程8000km航程：3000～8000km航程3000km二、民用飛機的分類2.客機2）按發動機類型分：活塞式噴氣式渦噴式渦槳式渦扇式渦軸式客機二、民用飛機的分類2.客機3）按飛行速度分：亞音速飛機超音速飛機高亞音速飛機低速飛機V400km/hM：0.8~0.89M1客機二、民用飛機的分類2.客機“協和”號超音速客機原英國飛機公司和法國宇航公司聯合研制的四發中程超音速客機，1969年實現首飛。1976年1月12日正式投入航線運營。研製背景二、民用飛機的分類2.客機“協和”號超音速客機共生產20架，其中16架投入運營，英航、法航各占8架。一直虧損運營，依靠政府補貼。航線：巴黎—紐約；倫敦—紐約。於2000年發生空難，隨後於2003年正式退役。運營狀況二、民用飛機的分類2.客機“協和”號超音速客機三大弱點經濟性差航程短噪音污染嚴重二、民用飛機的分類2.客機“協和”號超音速客機唯一投入商業飛行的超音速客機譽為世界上最安全、最快速的飛機歷史意義二、民用飛機的分類2.客機4）按客座數分小型飛機中型飛機大型飛機客座數100客座數100~200客座數200客機二、民用飛機的分類2.客機5）按機身直徑分寬體客機窄體客機機身直徑3.75m機身直徑3.75m客機二、民用飛機的分類3.通用航空飛機1）公務機2）農業機3）教練機4）多用途輕型飛機三、民用航空器的使用要求安全、快速、經濟、舒適、環保RETURNEXIT§2.2飛行基本原理AUDIOCONTROLS空氣動力學基礎飛機上的作用力飛機升力的產生飛機的飛行控制一、空氣動力學基礎空氣動力是空氣相對于飛機運動時產生的，要學習和研究飛機的升力和阻力，首先要研究空氣流動的基本規律。①理想流體，不考慮流體粘性的影響。②不可壓流體，不考慮流體密度的變化，Ma0.4。③絕熱流體，不考慮流體溫度的變化，Ma0.4。•流體模型化前緣後緣（一）連續性定理流體流過流管時，在同一時間流過流管任意截面的流體品質相等。品質守恆定律是連續性定理的基礎。流體流過流管時，在同一時間流過流管任意截面的流體品質相等。12S1,v1S2,v2設：單位時間內流過截面的流體品質為m，則有：則根據品質守恆定律可得：結論：空氣流過一流管時，流速大小與截面積成反比。（一）連續性定理22221111SvmSvm；常数CSvSvSvSv2211222111●日常生活中的連續性定理山谷裏的風通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道寬的地方流得慢（二）伯努利定理同一流管的任意截面上，流體的靜壓與動壓之和保持不變。能量守恆定律是伯努力定理的基礎。（二）伯努利定理於是有：2102vPP—動壓，單位體積空氣所具有的動能。這是一種附加的壓力，是空氣在流動中受阻，流速降低時產生的壓力。212vP—靜壓，單位體積空氣所具有的壓力能。在靜止的空氣中，靜壓等於當時當地的大氣壓。0P—總壓（全壓），它是動壓和靜壓之和。總壓可以理解為，氣流速度減小到零之點的靜壓。●深入理解動壓、靜壓和總壓同一流線：總壓保持不變。動壓越大，靜壓越小。流速為零的靜壓即為總壓。●伯努利定理適用條件氣流是連續、穩定的，即流動是定常的。空氣沒有粘性，即空氣為理想流體。流動的空氣與外界沒有能量交換，即空氣是絕熱的。●深入理解動壓、靜壓和總壓同一流管：截面積大，流速小，壓力大。截面積小，流速大，壓力小。二、飛機升力的產生相同的時間，相同的起點和終點，小狗的速度和人的速度哪一個更快？起點終點●升力的產生原理前方來流被機翼分為了兩部分：一部分從上表面流過，一部分從下表面流過。由連續性定理或小狗與人速度對比分析可知，流過機翼上表面的氣流，比流過下表面的氣流的速度更快。流過上表面的氣流流過下表面的氣流211102PvP212202PvP2211112222PvPv12vv12PP●升力的產生原理●升力的產生原理上下表面出現的壓力差，在垂直于（遠前方）相對氣流方向的分量，就是升力。機翼升力的著力點，稱為壓力中心(CenterofPressure)迎角迎角：翼弦和相對氣流方向的夾角。•升力公式212VS—飛機的升力係數—飛機的飛行動壓—機翼的面積。SCvSvCYyy222121yC●升力係數隨迎角的變化規律當αα臨界，升力係數隨迎角增大而增大。當α=α臨界，升力係數為最大。當αα臨界，升力係數隨迎角的增大而減小，進入失速區。臨界yC三、飛機上的作用力升力重力推力阻力LiftPullWeightDrag升力垂直於飛行速度方向，它將飛機支托在空中，克服飛機受到的重力影響，使其自由翱翔。•阻力阻力是與飛機運動軌跡平行，與飛行速度方向相反的力。阻力阻礙飛機的飛行，但沒有阻力飛機又無法穩定飛行。SvCXx221212VS—飛機的阻力係數—飛機的飛行動壓—機翼的面積。xC對於低速飛機，根據阻力的形成原因，可將阻力分為：•摩擦阻力(SkinFrictionDrag)•壓差阻力(FormDrag)•干擾阻力(InterferenceDrag)•誘導阻力(InducedDrag)廢阻力(ParasiteDrag)粘性升力●阻力產生原因①摩擦阻力由於飛機表面上空氣有粘性，氣流與飛機表面發生粘滯摩擦而引起的與飛行方向相反的力，稱為摩擦阻力。●影響摩擦阻力的因素摩擦阻力的大小與附面層的類型密切相關，此外還取決於空氣與飛機的接觸面積和飛機的表面狀況。紊流附面層的摩擦阻力比層流附面層的大。飛機的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機表面越粗糙，摩擦阻力越大。②壓差阻力壓差阻力是由處於流動空氣中的物體的前後的壓力差，導致氣流附面層分離，從而產生的阻力。●壓差阻力的產生氣流流過機翼後，在機翼的後緣部分產生附面層分離形成渦流區，壓強降低；而在機翼前緣部分，氣流受阻壓強增大，這樣機翼前後緣就產生了壓力差，從而使機翼產生壓差阻力。●影響壓差阻力的因素總的來說，飛機壓差阻力與迎風面積、形狀和迎角有關。迎風面積大，壓差阻力大。迎角越大，壓差阻力也越大。壓差阻力在飛機總阻力構成中所占比例較小。③干擾阻力飛機的各個部件，如機翼、機身、尾翼的單獨阻力之和小於把它們組合成一個整體所產生的阻力，這種由於各部件氣流之間的相互干擾而產生的額外阻力，稱為干擾阻力。飛機各部件之間的平滑過渡和整流包皮，可以有效地減小干擾阻力的大小。④誘導阻力由於翼尖渦的誘導，導致氣流下洗，在平行於相對氣流方向出現阻礙飛機前進的力，這就是誘導阻力。翼尖渦的形成正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面。這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（注意旋轉方向）翼尖渦的立體形態翼尖渦的形態誘導阻力的產生空氣在翼尖形成漩渦，產生一個向下的下洗速度ω，使原來的相對氣流速度方向發生改變，由v→v’，使升力L偏轉到L’，L‘的水準分量D，即為誘導阻力。如下圖所示：LL’D●影響誘導阻力的因素机翼平面形状：橢圓形機翼的誘導阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，誘導阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以減小誘導阻力●翼梢小翼●翼梢小翼⑤激波阻力對於高速飛行，除了上述四個阻力外，還產生激波阻力。產生原因當物體以接近于音速飛行時，物體前方形成一層劇烈壓縮的空氣層，該層空氣密度增加，阻力增加，空氣分子劇烈碰撞，使穩定增加，稱為激波。激波導致：阻力增加，升力減小，形成“音障”。飛機速度接近和超過音速時，只有當推力增大到一定程度時，才能克服激波帶來的阻力，突破音障。•馬赫數MV：飛行速度；a：當地音速•超音速飛機在超越音障時，由於激波的傳播，發出雷鳴般的聲音，稱音爆。超音速飛行，燃料消耗大，經濟性差。•高亞音速飛機•在局部區域上可能達到或超過音速，產生局部激波。應盡可能推遲激波的產生，如採用後掠翼，超臨界翼型。a/vM●阻力相關資料典型飛機阻力構成阻力名稱亞音速運輸機超音速戰鬥機單旋翼直升機摩擦阻力45%23%25%誘導阻力40%29%25%幹擾阻力7%6%40%激波阻力3%35%5%其他阻力5%7%5%●總空氣動力升力和阻力之和稱為總空氣動力。四、飛機的飛行控制1.飛機的平衡2.飛機的穩定性3.飛機的操縱性四、飛機的飛行控制1.飛機的平衡1）機體軸系四、飛機的飛行控制1.飛機的平衡之：飛機的運動I.繞橫軸（OZ軸）的轉動稱為俯仰轉動II.繞立軸（OY軸）的轉動稱為偏航運動四、飛機的飛行控制1.飛機的平衡之：飛機的運動II.繞縱軸（OX軸）的轉動稱為橫滾運動四、飛機的飛行控制1.飛機的平衡之：飛機的運動四、飛機的飛行控制平衡的概念：所有作用於飛機的外力和力矩之和都等於零的狀態為飛機的平衡狀態。平衡包括：作用力平衡、力矩平衡飛機的縱向平衡飛機的橫向平衡飛機的航向平衡1.飛機的平衡四、飛機的飛行控制2.飛機的穩定性穩定性的概念結論：欲使物體具有穩定性飛機的穩定性是指，飛機受擾偏離原平衡狀態，偏離後飛機能自動恢復到原平衡狀態的能力。①物體在受到擾動後能夠產生穩定力矩，使物體具有自身恢復到平衡狀態的趨勢②在恢復過程中同時產生阻力力矩，保證物體最終恢復到平衡狀態四、飛機的飛行控制•飛機的穩定性俯仰穩定性方向穩定性橫側穩定性四、飛機的飛行控制2.1飛機的俯仰穩定性●什麼是俯仰穩定性飛機的俯仰穩定性，指的是飛行中，飛機受微小擾動以至俯仰平衡遭到破壞，在擾動消失後，飛機自動趨向恢復原平衡狀態的特性。●俯仰穩定性的實現飛機的俯仰穩定性，由水準尾翼產生的俯仰穩定力矩實現。水準尾翼正常佈局的飛機的平尾的安裝角通常要比機翼的安裝角更小。●平尾產生俯仰穩定力矩瞬間受擾機頭上抬擾動運動消失迎角恢復原值平尾附加升力俯仰穩定力矩2.2飛機的方向穩定性●什麼是方向穩定性飛機的方向穩定性，指的是飛行中，飛機受微小擾動以至方向平衡遭到破壞，在擾動消失後，飛機自動趨向恢復原平衡狀態的特性。•方向穩定性的實現①主要由垂尾產生方向穩定力矩來實現。橫軸後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其他方向穩定力矩的產生上反角機身四分之一翼弦連線2.3飛機的橫向穩定性●什麼是橫向穩定性飛機的橫向穩定性，指的是飛機繞縱軸的穩定性，也叫側向穩定性。影響側向穩定性的主要因素是機翼的上反角、後掠角和垂尾的大小。●橫側穩定性主要由側滑中機翼的上反角和後掠角產生I.上反角產生的橫側穩定力矩上反角情況下，側滑前翼的迎角更大，升力大於側滑後翼的升力，從而產生繞縱軸的橫側穩定力矩。II.後掠角產生的橫側穩定力矩後掠角情況下，側滑前翼的有效分速大，因而升力大於側滑後翼的升力，從而產生橫側穩定力矩。•2.4飛機的方向穩定性和橫側穩定性的關係飛機的橫側穩定性過強而方向穩定性過弱，易產生明顯的飄擺現象，稱為荷蘭滾。飛機的橫側穩定性過弱而方向穩定性過強，在受擾產生傾斜和側滑後，易產生緩慢的螺