第三章飞机的飞行原理课件

第三章 飞机飞行原理 大气的基本性质大气的基本性质大气的基本性质大气的基本性质1 飞机的飞行控制飞机的飞行控制飞机的飞行控制飞机的飞行控制2民航飞机的飞行性能民航飞机的飞行性能民航飞机的飞行性能民航飞机的飞行性能3 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、大气的结构和气象要素二、大气飞行环境三、国际标准大气一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 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。空气的成分一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 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一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 为了描述大气状态的变化，也就引入了气温、气压、湿度、能见度和风、云等基本气象要素。气温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。一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 气压气压就是大气压强，度量气压的单位为帕斯卡，符号是Pa。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。一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 能见度能见度是指正常视力者能看清目标轮廓的最大水平距离。对飞行员来说，最重要的是跑道能见度（着陆能见度），它是指飞机在下降着陆过程中飞行员能看清跑道近端的最远距离。影响能见度的因素很多，主要的是受大气透明度(如云、雾、烟、沙尘及水滴等直接影响着大气的透明状况因素)，夜间的灯光强度等。一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 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。飞机着陆遇侧风一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 云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簇。（3）云中飞行还可能造成飞机积冰。一、大气的结构和气象要素一、大气的结构和气象要素 降水降水是云雾中的水滴或冰晶降到地面的现象。降水通常指雨、雪、冰、雹等。降水对飞行的影响:1降水使能见度减小。2过冷雨滴会造成飞机结冰。3降水影响了跑道的正常使用。降水改变了滑行阶段的摩擦系数，增长了滑行距离。跑道降水改变了滑行阶段的摩擦系数，增长了滑行距离。跑道可分为干跑道和湿跑道二类，干跑道属于正常起降，而湿可分为干跑道和湿跑道二类，干跑道属于正常起降，而湿跑道，则要分下面四种情况：跑道，则要分下面四种情况：（1 1）湿跑道）湿跑道虽经降水，并无积水时，可以正常起降。虽经降水，并无积水时，可以正常起降。（2 2）积水跑道）积水跑道因降水太大或道面排水不良引起跑道因降水太大或道面排水不良引起跑道积水时，飞机轮胎与道面间有一层极薄的水膜，使摩擦力积水时，飞机轮胎与道面间有一层极薄的水膜，使摩擦力显著减小，滑跑距离增大，造成所谓的显著减小，滑跑距离增大，造成所谓的“滑水滑水”现象。现象。（3 3）结冰跑道）结冰跑道道跑道结冰后，改变了摩擦系数，不道跑道结冰后，改变了摩擦系数，不仅延长了滑行距离，而且方向也不好掌握。仅延长了滑行距离，而且方向也不好掌握。（4 4）积雪跑道）积雪跑道积雪和积水相似，但要分干雪、湿雪积雪和积水相似，但要分干雪、湿雪和溶雪。积雪不能起飞、也不能着陆。所以，要尽快除雪，和溶雪。积雪不能起飞、也不能着陆。所以，要尽快除雪，否则可到备降场降陆。否则可到备降场降陆。二、大气与飞行安全二、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、风切变等也是直接机结冰、乱流、风切变等也是直接影响飞机的操作和飞行安影响飞机的操作和飞行安全的因素。全的因素。飞机结冰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、大气与飞行安全二、大气与飞行安全 乱流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。风切变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。三、大气飞行环境三、大气飞行环境 以气温变比为基础，则可将整个大气分为对流层、平流层（同温层)、中间层、电离层和散逸层等五层。三、大气飞行环境三、大气飞行环境 对流层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。三、大气飞行环境三、大气飞行环境对流层有以下持点：1气温随高度升高而降低。平均每升高平均每升高100m100m气温下降气温下降0.650.65，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，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。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。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，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。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。会给飞行带来很大影响：颠簸、结冰等。三、大气飞行环境三、大气飞行环境 平流层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。飞行器的飞行的理想环境是平流层。飞行器的飞行的理想环境是平流层。飞行器的飞行的理想环境是平流层。三、大气飞行环境三、大气飞行环境 中间层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。三、大气飞行环境三、大气飞行环境电离层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。三、大气飞行环境三、大气飞行环境散逸层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、大气飞行环境三、大气飞行环境各种飞行器的活动范围一、飞机的操纵一、飞机的操纵 飞机的操纵性，就是指飞机在驾驶员操纵下，改变其飞行状态的特性。操纵性的好坏与飞机稳定性的大小有密切关系，稳定性太大，也就是说飞机保持原有飞行状态的能力越强，则要改变它也就越不容易，操纵起来也就越费劲。若稳定性过小，则操纵力也很小，驾驶员很难掌握操纵的份量。一、飞机的操纵一、飞机的操纵 飞机的操纵，主要是通过3个操纵面-升降舵(有时是全动平尾)，方向舵和副翼来实现的。这些操纵面可分为主要的，次要的和辅助的三类。一、飞机的操纵一、飞机的操纵 驾驶员操纵舵面改变飞机飞行状态，应该和人体的自然动作趋势一致。驾驶员的常见操纵动作：二、飞机的飞行过程二、飞机的飞行过程 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。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、飞机的飞行过程二、飞机的飞行过程（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。二、飞机的飞行过程二、飞机的飞行过程（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。二、飞机的飞行过程二、飞机的飞行过程 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分钟二、飞机的飞行过程二、飞机的飞行过程 飞机起降 飞机性能可以定义为飞机完成一个特定飞行任务的能力的尺度，同时，也可以认为是飞机安全飞行的尺度。飞机性能包括飞机的设计性能和飞机的运行性能。飞机的性能狭义的来讲是指飞机在飞行中各个阶段起飞、巡航、下降、着陆时的运动性能，如速度、加速度、操纵性、稳定性，也包括在整个航行段的航程、燃油效率、续航时间等，广义的性能对民航飞机来说则包括飞机的可靠性、安全性、经济性、维修性、舒适性能等，对民航飞机评价的各方面都应该包括在广义性能之内。一、基本飞行性能二、经济性能三、安全性四、舒适性飞机的飞行性能最主要的是飞多快、飞多高、飞多远、以及有多重。所以我们重点介绍一下:速度、升限、航程、续航和业载。一、基本飞行性能一、基本飞行性能(一)飞行速度 由于目前的高亚音速客机都在0.75-0.9的范围中飞行。速度的差异给航空公司收益上带来的差别并不太大，一般来说航空公司的主要着眼点在于节省燃油，而不追求速度。一、基本飞行性能一、基本飞行性能(二)升限和飞行高度 升限是飞机在最大重量条件下能够上升的最大高度。飞行高度主要受发动机性能影响，飞行高度主要有两个指标，一个是巡航高度，一个是单发停车高度。(三)航程 航程是飞机加满油(燃油和滑油)起飞后空中不加油、不着陆所能飞行的最大距离。现代客机划分为近程、中程和远程。衡量飞机飞行距离的大小当然比较重要，在时间上衡量飞机在空中能飞多久，则是“续航时间”，(又称久航力)。它是指飞机加满油，空中不加油、不着陆连续飞行的总时间。一、基本飞行性能一、基本飞行性能 一、基本飞行性能一、基本飞行性能(四)业载 业务载荷，也称商载。指飞机可以用来赚取利润的商业载荷，它包括三个部分。1)旅客；2)行李；3)货物机型机型B737/700B737/700B747/400B747/400 A320A320A380A380航程航程(km)(km)603860381357013570500050001510015100载客载客(人人)149149524524150150555555 飞机的经济性能受到多种因素的影响，除去公司整体管理水平这个因素外，主要体现在以下几个方面：1、燃油利用率 2、维修性和可靠性 3、飞机的初成本二、经济性能二、经济性能 任何时候飞行的安全是航空公司运营的基本条件，各国的飞机在制造时都要经过主管当局的适航认定，应该说安全基本上是有保证的。但在各类飞机的比较中安全性主要体现在主要部件的可靠性上，特别是发动机，液压系统等的可靠性上，其次体现在电子设施的先进性上，近二十年来机载的电子系统发生了革命性的变化，其进展的主要方向是改善了飞行安全，减轻了驾驶员的负担，减少了人为因素失误的可能，先进的电子设施使安全性能提高。三、安全性三、安全性 操纵系统测试A380的逃生口 主要体现在旅客座位的间距，机内噪音水平，环境的温度、压力控制以厨房、厕所、娱乐设施(录象、广播)和通信设施如对地电话等的数量和水平上，旅客占用空间是一个主要的指标，一架飞机中旅客能占用的空间越多，它的经济效益适性就越高。不难看出舒适性和经济效益有一致性又有矛盾的地方，增加舒适程度会增加成本，但舒适性差会降低对旅客的吸引力，因而必须针对具体情况做综合考虑，在短程高流量航线上可以降低舒适程度以增加座位来增加收入，而面对着商务人员或航班饱和的市场，则必需提高舒适性才能在竞争中获得市场份额。四、舒适性四、舒适性 A380上的头等舱座位可拉开休息A380上的酒吧第三章 思考题 1.1.简述大气飞行环境的分层和特点。简述大气飞行环境的分层和特点。简述大气飞行环境的分层和特点。简述大气飞行环境的分层和特点。2.2.简述飞机主操纵面。简述飞机主操纵面。简述飞机主操纵面。简述飞机主操纵面。3.3.飞机的飞行过程有哪几个阶段？飞机的飞行过程有哪几个阶段？飞机的飞行过程有哪几个阶段？飞机的飞行过程有哪几个阶段？4.4.简述飞机的基本飞行性能。简述飞机的基本飞行性能。简述飞机的基本飞行性能。简述飞机的基本飞行性能。谢谢你的阅读v知识就是财富v丰富你的人生