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第三章·飞行基本原理第一节·飞机的飞行环境不论是轻于空气的飞行器还是重于空气的飞行器，都要在大气层中飞行。因此在研究空气动力学和飞行器时，要先对空气的基本性质和大气的状况有所了解。一·大气的基本性质大气可看作一种混合物，它由三个部分组成:干洁空气、水汽和大气杂质。干洁空气是构成大气的最主要部分，一般意义上所说的空气，就是指这一部分。空气的成分在构成空气的多种成分中，对天气影响较大的是二氧化碳和臭氧。二氧化碳对地球起到了保温作用。臭氧能强烈吸收太阳紫外线，臭氧层通过吸收太阳紫外辐射，使地球生物免受了过多紫外线的照射。工业二氧化碳包围地球的臭氧层二、大气飞行环境（一）对流层是接近地球表面的一层，它的底界是地面，顶界则随纬度、季节等情况而变化。对流层顶的高度，在赤道地区平均为17一18公里；在中纬度地区平均为10一12公里；在南、北极地区平均为8一9公里。对流层有以下持点：1．气温随高度升高而降低。平均每升高100m气温下降0.65℃，所以由叫变温层。该层的气温主要靠地面辐射太阳的热能而加热，所以地面的温度高。2．风向，风速经常变化。3．空气上下对流激烈。由于地面的地形和地貌的不同，因此造成垂直方向和水平方向的风，即空气发生大量的对流。4．有云、雨、雾、雪等天气。地球上的水受太阳照射而蒸发，使大气中聚集大量的各种形态的水蒸汽。同时由于气温的变化就会有云、雨、雾、雪等天气现象的产生。会给飞行带来很大影响：颠簸、结冰等。（二）平流层位于对流层顶的上面，其顶界由地面伸展到35一40公里。由于这一层受地球表面影响较小，所以气温基本上保持不变，大约为-56.51℃，故又称同温层。平流层中，几乎没有水蒸气，所以没有雪、雾、云等气象现象;且空气比较稀薄，风向稳定，空气主要是水平流动。飞行器的飞行的理想环境是平流层。（三）中间层在平流层之上，顶端离地面大约80到100公里，其特点是，随高度增加，气温先增加，然后降低，到55公里高度附近，气温由-43℃——-33℃加到-31℃——-17℃左右，随后，高度增加，气温又开始下降，降到-83℃以下。有水平方向的风，且风速相当大，在60公里高度，风速可达140米/秒。该层内空气非常稀薄，质量仅占整个大气质量的1/3000。（四）电离层位于中间层以上，上界离地面约800公里，其特点是，空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，高度升高，气温迅速上升，并且空气具有很大的导电性，故称电离层。由于温度较高。又称暖层。（五）散逸层是大气的最外层，它是地球大气的最外层，在此层内，空气极其稀薄，又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断地向星际空间散逸，故称散逸层。推算，散逸层离地球表面约2000一3000公里。三·国际准大气•飞机的飞行性能与大气状态的主要参数——气温、气压和密度有密切关系。•气温是指空气的冷暖程度。气温通常用三种温标来量度，即摄氏温标(℃)、华氏温标(℉)和绝对温标(K)。气温的变化直接影响着飞机的飞行性能，如发动机功率、飞机的起飞着陆以及燃油消耗。四·飞行高度的确定•(一)场压高度（QFE）•（二）海平面气压高度（QNH）•（三）标准气压高度（ISA）五、大气与飞行安全除了气温、气压、能见度、风、云、降水这些气象因素能直接影响飞机的操作和飞行安全外，一些天气危害，如：飞机结冰、乱流、风切变等也是直接影响飞机的操作和飞行安全的因素。（一—二）风风是指空气的水平流动。风的存在使飞机的飞行增加了一定的复杂性，它直接影响着起飞、着陆、巡航和油量的消耗。机场跑道方向是固定的，而风的矢量是经常变化。因此，实际上起飞、着陆往往是在侧风条件下进行。侧风使飞机偏离跑道，而且侧风角度越大或者风速越大，偏离得越利害。所以在侧风中根据具体情况作必要的修正，才能保证对准跑道，安全起降。（三）气温是指空气的冷暖程度。气温通常用三种温标来量度，即摄氏温标(℃)、华氏温标(℉)和绝对温标(K)。气温的变化直接影响着飞机的飞行性能，如发动机功率、飞机的起飞着陆以及燃油消耗。（四）气压和密度就是大气压强和空气密度，度量气压的单位为帕斯卡，符号是Pa，密度单位为千克/立方米（kg/m3）。气压的大小和高度、温度、密度有关。一般情况下随高度的升高而降低，依此规律可测量飞行高度。因而气压也就成了重要的大气资料。（五）飞机结冰——飞机飞经冷却的云层或云雨区时，机翼机尾、螺旋桨或其它部分常会聚集冰晶。飞机结冰可能造成的危险：（1）飞机结冰增加机体重量；（2）机翼机尾结成冰壳，损坏其流线外形；（3）喷射发动机进口结冰，发动机丧失发动能力；（4）天线结冰，致使无线电雷达信号失灵等。二、大气与飞行安全（六）乱流——飞机飞入对流性云区，如积云、积雨云、层积云，由于空气发生上下对流垂直运动，使机身起伏不定，会使乘客感觉不舒服、晕机呕吐、颠伤，严重时导致飞机结构损坏，造成飞机失事。（七）低空风切变——指某高度和另一高度间风速的变化。飞行员在降落和爬升阶段要注意是否有风切变现象。下降时，风速突然减弱，造成飞机失速，未抵达机场跑道就坠毁；风速突然增强，造成飞机超越跑道降落；爬升时，风速突然减弱，飞机爬升角度减小，风速突然增强，爬升角度增大。（八）云、浓雾与低能见度云是空中水气的凝结物。云的不同形状和变化，既能反映当时大气运动的状态，又能预示未来的天气变化，有经验的飞行人员把云称为“空中地形”和“空中的路标”。云对飞行的影响有以下几点：（1）低云妨碍飞机的起飞、降落。（2）云中飞行可能出现颠簸。（3）云中飞行还可能造成飞机积冰。第二节、飞机起飞与降落的过程飞机要完成一次飞行任务要经过滑跑起飞、爬升、巡航、下降、着陆几个阶段。(一)起飞：飞机起飞是一个直线加速运动，是飞机功率最大和驾驶员操作最繁忙的时间。（二）爬升阶段：有两种方式，一种是按固定的角度持续爬升达到预定高度。这样做的好处是节省时间，但发动机所要的功率大，燃料消耗大；另一种方式是阶梯式爬升，飞机飞行到一定的高度，水平飞行以增加速度，然后再爬升到第二个高度，经过几个阶段后爬升到预定高度，由于飞机的升力随速度升高而增加，同时燃油的消耗使飞机的重量不断减轻，因而这种的爬升最节约燃料。（三）巡航阶段：飞机达到预定高度后，保持水平等速飞行状态，这时如果没有天气变化的影响，驾驶员可以按照选定的速度和姿态稳定飞行，飞机几乎不需要操纵。（四）下降阶段：在降落前半小时或更短的飞行距离时驾驶员开始逐渐降低高度，到达机场的空域上空。（五）进近和着陆阶段：进近也叫进场。指飞机在机场上空由地面管制人员指挥对准跑道下降的阶段。飞机的着陆同起飞相反，是一种直线减速运动。整个飞行过程中，操作最复杂的是起飞和降落阶段，据统计航空事故的68%出现在这两个阶段，因而飞机在设计上和驾驶员的训练上这两个阶段都是重点，以确保飞行安全。危险11分钟第三节飞行基本原理一·飞机升力的产生任何物体只要和空气之间产生相对运动，空气就会对它产生作用力，这个力就是空气动力。高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢山谷里的风通常比平原大（一）流体连续性定理（一）流体连续性定理•流体的流速快慢与过道的宽窄有关。窄的地方流得快，宽的地方流得慢。（二）伯努利定理（是瑞士物理学家丹立尔·伯努利于1738年提出）相对运动---实际上是物体在空气中运动，但为了研究方便，我们假设物体不动，空气以相同的速度从相反方向流过来。这两种运动中物体所受空气给它的作用力是一样的。二·机翼上的升力烟风洞翼型绕流实验翼型---就是把机翼沿平行机身纵轴方向切下的剖面,机翼的翼型是流线型的,上表面弯曲大,下表面弯曲小或者是平面。迎角(攻角)---是翼弦和相对气流方向的夹角.翼弦向上形成正迎角,向下为负迎角。翼弦翼弦---翼型的最前一点叫作前缘点，翼型的最后一点叫作后缘点，前缘点和后缘点的连线叫翼弦。RelativeWind伯努力定理的应用—机翼上的升力失速---中小迎角时，随着迎角的增加，升力系数也增加，当迎角增大到某一个值，升力系数达到最大，之后迎角再增加，升力系数减小，这时就是失速了。失速o15o20o0o5飞行方向三·飞机上作用的力压强高于环境气压压强低于环境气压压强低于环境气压气动中心前半部分合力后半部分合力飞机阻力按物理成因可分为：摩擦阻力压差阻力干扰阻力诱导阻力激波阻力其中激波阻力只有高速飞行才会遇到2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力•摩擦阻力---由于空气具有粘性，当它流过飞机表面时，在飞机表面形成较大的速度梯度，从而产生的阻力。Boundarylayer99%v第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力压差阻力---空气绕流飞机时前后形成的压力差的阻力，它也是由于粘性造成的。如果没有粘性，压力分布不会造成这种阻力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力干扰阻力---由飞机不同部分结合引起的气流干扰而产生的。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生减小它的方法是：在结合部位加整流罩或做成融合式的。2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力RelativeWindLDidownwashInduceddrag诱导阻力---由于产生升力，翼面上方压力小而下方压力大，空气在翼尖从下翼面绕过翼尖流向上翼面形成涡流，从而产生诱导阻力。第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力翼尖小翼（winglet）加装翼尖小翼可以减小诱导阻力第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生马赫数---飞行速度与音速的比值称为马赫数.用M表示.M小于0.4的飞机一般称为低速飞机M在0.4~0.9的飞机称为亚音速飞机，其中0.75~0.9之间,称为高亚音速飞机M在0.9~1.2的范围时称为跨音速区域,没有飞机专门在这个区域飞行M在1.3以上飞行的飞机称为超音速飞机2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题翼刀第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生激波---当物体的运动速度等于或大于音速时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气气层，这里空气密度急剧增加，阻力迅速增大，这种现象叫做激波。急剧增大的阻力称为激波阻力，也叫音障。1、飞机的平衡机体坐标轴—纵轴、横轴、立轴第四节·飞机的平衡性、稳定性与操纵性横侧平衡绕纵轴的转动称为滚转方向平衡绕立轴的转动称为偏航俯仰平衡绕横轴的转动称为俯仰GG上升下降受力分析二、飞机的稳定性稳定性---飞机在受到外界扰动偏离其平衡位置之后，不需要驾驶员干预，能够自动恢复到原来的平衡状态，飞机就是具有稳定性的。(c)negative(b)neutral(a)positive（一）、飞机的纵向稳定性（绕横轴的稳定性）飞机具有稳定性飞机不具有稳定性飞机具有中立稳定性（二）·飞机的偏航稳定性（绕立轴的稳定性）方向稳定力矩主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生的垂直尾翼三·飞机的横向稳定性（绕纵轴的稳定性）侧滑方向侧力力臂垂尾侧力横向稳定性（绕纵轴的稳定性）上反角后掠角垂直尾翼三·飞机的操纵性（一）飞机的俯仰操纵性（二）飞机的方向操纵性拉杆附加向下升力升降舵上偏（三）飞机的操纵性—横侧操纵性飞行员通过侧杆操纵俯仰和横滚。脚蹬控制方向舵