飞行器飞行原理演示幻灯片课件

第二章第二章 飞行器飞行原理飞行器飞行原理航空航天概论航空航天概论厦门大学航空航天学院厦门大学航空航天学院1第二章 飞行器飞行原理航空航天概论厦门大学航空航天学院12.1 飞行环境飞行环境飞行环境包括大气环境和空间环境2.1.1 2.1.1 大气环境大气环境1.对流层2.平流层3.中间层（高空对流层）4.热层5.散逸层（外大气层）航空器的飞行环境主要是对流航空器的飞行环境主要是对流层和平流层。层和平流层。航空器飞行环境航空器飞行环境臭氧层吸收太阳紫外线臭氧层吸收太阳紫外线地面辐射热量地面辐射热量平流层热量平流层热量99.9%大气质量大气质量90%大气质量大气质量太阳短波辐射太阳短波辐射20003000公里公里大气外层顶界大气外层顶界国际空间站平均国际空间站平均高度高度360公里公里哈勃太空望远镜平哈勃太空望远镜平均轨道高度均轨道高度569公里公里22.1 飞行环境飞行环境包括大气环境和空间环境2.1.1 大2.1 飞行环境飞行环境2.1.1 2.1.1 大气的物理性质大气的物理性质1.1.大气的状态由参数大气的状态由参数 确定，确定，其关系由状态方程表示：其关系由状态方程表示：2.2.连续性连续性3.3.黏性黏性 大气相邻流动层间产生的摩擦力。不同的流体黏性不同，黏性大小用内摩擦系数衡量。流体黏性和温度有关，气体温度升高，黏性增大。液体相反。4.4.可压缩性可压缩性 当气体的压强改变时，其密度和体积也改变，为气体可压缩性。5.5.声速声速 振动的声源在介质中传播时产生的疏密波。空气中约为340m/s。介质可压缩性越大，声速越小。32.1 飞行环境2.1.1 大气的物理性质大气的状态由参数 2.1 飞行环境飞行环境 6.6.国际标准大气国际标准大气 飞行器飞行性能和大气物理状态有关，而大气物理状态与其地理位置、季节和高度相关。为对飞行器的性能进行研究和对比，目前我国采用的国际标准大气。大气被看成完全气体，服从气体状态方程；以海平面高度为零高度。在海平面状态为：气温15度，压强为一个标准大气压，密度为1.225kg/m2，声速为341m/s。42.1 飞行环境 6.国际标准大气42.1 飞行环境飞行环境7.7.空间环境空间环境 真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体和微流星体组成的飞行环境，是航天器的主要环境。地球空间环境、行星际空间环境和恒星际空间环境52.1 飞行环境7.空间环境52.2 气体流动基本规律气体流动基本规律 气体流过物体时其物理量的变化规律与作用在物体上的空气动力有密切关系。2.2.1 2.2.1 相对运动原理相对运动原理 飞机产生的空气动力与飞机和空气间的相对运动速度有很大关系。空气相对飞机的运动称为相对气流。空气相对飞机的运动称为相对气流。相对气流的方向与飞机运动方向相反。只要相对气流速度相同，产生的空气动力也就相等。将飞机的飞行转换为空气的流动，使空气动力问题的研究得到简化。62.2 气体流动基本规律 气体流过物体时其物理2.2 气体流动基本规律气体流动基本规律1.1.流体流动的连续性定理流体流动的连续性定理可压缩流体沿管道流动的连续性方程不可压缩流体沿管道流动的连续性方程2.2.2.2.2.2.连续性定理和伯努力定理连续性定理和伯努力定理不可压缩流体流过不可压缩流体流过管道时，流速与截管道时，流速与截面面积成反比面面积成反比72.2 气体流动基本规律1.流体流动的连续性定理不可压缩流2.2 气体流动基本规律气体流动基本规律2.伯努利定理（伯努利定理（17381738年）年）伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用。伯努利定理描述了流体在流动过程中流体压强和速度之间的流动关系。丹尼尔丹尼尔伯努利伯努利不可压缩不可压缩理想流体理想流体的伯努力的伯努力方程方程 连续性定理和伯努力方程是分析和研究飞机上空气动力产生的物理原因连续性定理和伯努力方程是分析和研究飞机上空气动力产生的物理原因及其变化规律的基本定理。及其变化规律的基本定理。82.2 气体流动基本规律2.伯努利定理（1738年）丹尼尔2.2 气体流动基本规律气体流动基本规律92.2 气体流动基本规律92.2 气体流动基本规律气体流动基本规律3.3.低速气流和高速气流的流动特点低速气流和高速气流的流动特点 （1 1）低速气流特点）低速气流特点 流动过程中近似认为不可压缩。管道收缩速度增大，静压减小。（2 2）高速气流特点）高速气流特点 高速飞行中，气流速度变化引起空气密度发生变化，从而引起空气动力发生变化，必须考虑空气的可压缩性。特别对于高速气流。空气可压缩性和空气密度和施加的空气压力有关。空气可压缩性和空气密度和施加的空气压力有关。空气的密度和声速有关，施加于空气的压力与在空气中运动的物体速度有关，速度越大，施加给空气的压力越大。衡量空气被压缩的程度用马赫数马赫数（Ma）表示：102.2 气体流动基本规律3.低速气流和高速气流的流动特点12.2 气体流动基本规律气体流动基本规律 超声速气流在变截面管道中流动情况和低速气流相反。收缩管道超声速气流减速、增压；扩张形管道使超声速气流增速、减压。原因：截面积变化引起的密度的变化比截面积变化引起速度的变化快得多，密度变化占主导地位密度变化占主导地位。总之，在亚声速气流中，流速增大，管道截面面积必然减小；而在超声速气流中，随着流速增大，管道截面面积必然增大。要使气流由亚声速加速到超声速，除了沿气流方向要有一定的压力差外，还应具有一定的管道形状，即先收缩后扩张的拉瓦尔管形状。112.2 气体流动基本规律 超声速气流在变截面管2.2 气体流动基本规律气体流动基本规律122.2 气体流动基本规律122.2 气体流动基本规律气体流动基本规律132.2 气体流动基本规律132.3 飞机飞行原理飞机飞行原理作用在飞机上的空气动力包括升力和阻力。2.3.1 2.3.1 平板上的空气动力平板上的空气动力 1.1.平板剖面与相对气流夹角为零平板剖面与相对气流夹角为零 无垂直于气流的升力。2.2.平板剖面与相对气流夹角为平板剖面与相对气流夹角为9090度度142.3 飞机飞行原理作用在飞机上的空气动力包括升力和阻力。22.3 飞机飞行原理飞机飞行原理3.3.平板剖面与相对气流速度成一定夹角平板剖面与相对气流速度成一定夹角152.3 飞机飞行原理3.平板剖面与相对气流速度成一定夹角12.3 飞机飞行原理飞机飞行原理2.3.2 2.3.2 机翼升力的产生和增升装置机翼升力的产生和增升装置翼型的定义：翼型的定义：162.3 飞机飞行原理2.3.2 机翼升力的产生和增升装置翼2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理翼型按速度分：翼型按速度分：翼型按形状分：翼型按形状分：172.3 飞机飞行原理翼型按速度分：翼型按形状分：172.3 飞机飞行原理飞机飞行原理翼型几何参数：翼型几何参数：翼弦翼弦：前缘和后缘之间的连线。迎角迎角：翼弦与相对气流速度之间的夹角。182.3 飞机飞行原理翼型几何参数：翼弦：前缘和后缘之间的连线2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理1.1.机翼升力的产生机翼升力的产生空气动力作用点空气动力作用点前缘前缘后缘后缘翼弦翼弦192.3 飞机飞行原理1.机翼升力的产生空气动力作用点前缘2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理在一定范围内，在一定范围内，迎角大，升力大。迎角大，升力大。当迎角达到一定程度，当迎角达到一定程度，气流会从机翼前缘开始分离，尾部出现很大的气流会从机翼前缘开始分离，尾部出现很大的涡流区，致使升力突然下降，阻力迅速增大，出现失速。涡流区，致使升力突然下降，阻力迅速增大，出现失速。临界迎角：临界迎角：失速刚出现时的迎角。失速刚出现时的迎角。飞机不应以接近或大于临界迎角的状态飞行。飞机不应以接近或大于临界迎角的状态飞行。升力的大小与翼型形状和迎角大小有很大关系。升力的大小与翼型形状和迎角大小有很大关系。不对称的流线型翼型不对称的流线型翼型在迎角为零时仍可产生升力。在迎角为零时仍可产生升力。202.3 飞机飞行原理在一定范围内，迎角大，升力大。飞机不应以 2.2.影响飞机升力的因素影响飞机升力的因素 （1 1）机翼面积的影响机翼）机翼面积的影响机翼 机翼面积应包括同机翼相连的部分面积。升力与机翼面积成正比。（2 2）相对速度的影响）相对速度的影响 速度越大，空气动力越大，机翼上产生的升力也越大。升力与相对速度的平方成正比。（3 3）空气密度的影响）空气密度的影响 升力大小与空气密度成正比。（4 4）机翼剖面形状和迎角的影响）机翼剖面形状和迎角的影响 机翼剖面形状和迎角不同，产生的升力也不同，其影响通过升力系数体现。升力系数起初随迎角增大而增大，但当迎角达到一定值后，会骤降，出现失速。综合各项因素，升力公式为：2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理21 2.影响飞机升力的因素2.3 飞机飞行原理 3.3.增升装置增升装置 （1）改变机翼剖面形状，增大机翼弯度；（2）增大机翼面积；（3）改变气流动的流动状态，控制机翼上的附面层，延缓气流分离；飞机的增升装置通常安装在机翼的前缘和后缘部位。类型：前缘襟翼，后缘襟翼，前缘缝翼；控制附面层。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理22 3.增升装置2.3 飞机飞行原理222.3 飞机飞行原理飞机飞行原理232.3 飞机飞行原理232.3 飞机飞行原理飞机飞行原理242.3 飞机飞行原理242.3 飞机飞行原理飞机飞行原理简单后缘襟翼缺点简单后缘襟翼缺点：当它向下偏转时，虽然能够增大上翼面气流的流速，从而增大升力系当它向下偏转时，虽然能够增大上翼面气流的流速，从而增大升力系数，但同时也使得机翼前缘处气流的局部迎角增大，当飞机以大迎角飞行数，但同时也使得机翼前缘处气流的局部迎角增大，当飞机以大迎角飞行时，容易导致机翼前缘上部发生局部的气流分离，使飞机的性能变坏。时，容易导致机翼前缘上部发生局部的气流分离，使飞机的性能变坏。252.3 飞机飞行原理简单后缘襟翼缺点：25机翼升力的产生和增升装置机翼升力的产生和增升装置26机翼升力的产生和增升装置26机翼升力的产生和增升装置机翼升力的产生和增升装置27机翼升力的产生和增升装置272.3 飞机飞行原理飞机飞行原理282.3 飞机飞行原理282.3 飞机飞行原理飞机飞行原理292.3 飞机飞行原理292.3 飞机飞行原理飞机飞行原理302.3 飞机飞行原理302.3 飞机飞行原理飞机飞行原理312.3 飞机飞行原理312.3 飞机飞行原理飞机飞行原理322.3 飞机飞行原理322.3 飞机飞行原理飞机飞行原理332.3 飞机飞行原理332.3 飞机飞行原理飞机飞行原理342.3 飞机飞行原理342.3 飞机飞行原理飞机飞行原理352.3 飞机飞行原理35控制附面层增升装置控制附面层增升装置原理：通过延缓附面层分离，起到增升作用。原理：通过延缓附面层分离，起到增升作用。“鹞鹞”式垂直起降飞机和式垂直起降飞机和F F4 4、米格、米格2121轻型战斗机使用了喷气襟翼。轻型战斗机使用了喷气襟翼。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理36控制附面层增升装置原理：通过延缓附面层分离，起到增升作用。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理372.3 飞机飞行原理37A.涡流发生器：涡流发生器：涡流发生器是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比涡流发生器是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，但是由小机翼，所以它在迎面气流中和常规机翼一样能产生翼尖涡，但是由于其展弦比小，因此翼尖涡的强度相对较强。这种高能量的翼尖涡与于其展弦比小，因此翼尖涡的强度相对较强。这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给了边界层，使处其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给了边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离。而不致分离。作用：作用：将外界气流的能量不断输入附面层，增加附面层流动速度，推迟将外界气流的能量不断输入附面层，增加附面层流动速度，推迟气流分离。气流分离。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理3.涡流发生器和翼刀涡流发生器和翼刀38A.涡流发生器：2.3 飞机飞行原理3.涡流发生器和翼刀B.翼刀装置：翼刀装置：一般的平直翼和后掠翼，机翼上表面的气流会自动向翼梢流动，一般的平直翼和后掠翼，机翼上表面的气流会自动向翼梢流动，相应的，附面层也会逐渐向翼梢堆积。这些气流最终会在翼梢分离，相应的，附面层也会逐渐向翼梢堆积。这些气流最终会在翼梢分离，从而降低飞机的升力。此外，气流在翼梢的分离会造成很大的滚转从而降低飞机的升力。此外，气流在翼梢的分离会造成很大的滚转力矩，容易使飞机进入尾旋。这种状况在大后掠角机翼上尤为明显。力矩，容易使飞机进入尾旋。这种状况在大后掠角机翼上尤为明显。若在机翼的上表面，沿着翼弦的方向放置具有一定高度的挡板，若在机翼的上表面，沿着翼弦的方向放置具有一定高度的挡板，就可以阻碍上翼面的附面层向翼梢移动，从而阻止或者延缓分离的就可以阻碍上翼面的附面层向翼梢移动，从而阻止或者延缓分离的发生。发生。作用：作用：后掠翼飞机减小翼梢涡流和附面层厚度。后掠翼飞机减小翼梢涡流和附面层厚度。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理39B.翼刀装置：2.3 飞机飞行原理392.3.3 飞机阻力的产生和减阻措施飞机阻力的产生和减阻措施 飞机机翼产生的空气动力包括升力和气动阻力。低速飞机受到的阻力分为：摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、和干扰阻力。1.1.摩擦阻力摩擦阻力2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理402.3.3 飞机阻力的产生和减阻措施 飞机机翼2.2.压差阻力压差阻力2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理412.压差阻力2.3 飞机飞行原理41 可通过增大展弦比、适当平面形状、增加翼梢小翼等来可通过增大展弦比、适当平面形状、增加翼梢小翼等来减小诱导阻力。减小诱导阻力。3.3.诱导阻力诱导阻力2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理42 可通过增大展弦比、适当平面形状、4.4.干扰阻力干扰阻力2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理434.干扰阻力2.3 飞机飞行原理432.3.4 高速飞行空气动力特点高速飞行空气动力特点1.1.激波和激波阻力（波阻）激波和激波阻力（波阻）不同飞行速度下声音（弱扰动波）的传播不同飞行速度下声音（弱扰动波）的传播2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理442.3.4 高速飞行空气动力特点1.激波和激波阻力（波阻）2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理452.3 飞机飞行原理45高速飞行阻力特点高速飞行阻力特点46高速飞行阻力特点462.3 飞机飞行原理飞机飞行原理472.3 飞机飞行原理472.3 飞机飞行原理飞机飞行原理482.3 飞机飞行原理482.3 飞机飞行原理飞机飞行原理492.3 飞机飞行原理49超声速飞行声爆超声速飞行声爆2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理50超声速飞行声爆2.3 飞机飞行原理50超声速飞行热障超声速飞行热障2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理51超声速飞行热障2.3 飞机飞行原理512.3 飞机飞行原理飞机飞行原理 美国美国SR-71SR-71的机体结构的的机体结构的93%93%采采用钛合金越过热障，达到用钛合金越过热障，达到3.33.3倍音速。倍音速。航空气器的防热方法：航空气器的防热方法：1.1.采用耐高温的新材料，如钛合金、不锈钢或复合采用耐高温的新材料，如钛合金、不锈钢或复合材料来制造飞机的重要受力构件和蒙皮；材料来制造飞机的重要受力构件和蒙皮；2.2.用隔热层来保护机内设备和人员；用隔热层来保护机内设备和人员；3.3.采用冷却液冷却结构内表面。采用冷却液冷却结构内表面。522.3 飞机飞行原理 美国SR-72.3 飞机飞行原理飞机飞行原理应用：应用：烧蚀法适用于不重复使用的飞船、卫星等。烧蚀法适用于不重复使用的飞船、卫星等。材料：材料：石墨、陶瓷等。石墨、陶瓷等。高温下的热解和相变：高温下的热解和相变：固固 液，固液，固 气，液气，液 气。气。航天器的防热方法：航天器的防热方法：532.3 飞机飞行原理应用：烧蚀法适用于不重复使用的飞船、卫星2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理可重复使用的放热材料可重复使用的放热材料 用于像航天飞机类似的可重复使用的航天器用于像航天飞机类似的可重复使用的航天器的防热。根据航天器表面不同温度的区域，采用相应的的防热。根据航天器表面不同温度的区域，采用相应的可重复使用的防热材料。可重复使用的防热材料。例如：机身头部、机翼前缘温度最高，采用例如：机身头部、机翼前缘温度最高，采用增强碳碳复合材料，温度可耐受增强碳碳复合材料，温度可耐受15931593度；机身、机翼下度；机身、机翼下表面前部和垂尾前缘温度高，可采用防热隔热陶瓷材料；表面前部和垂尾前缘温度高，可采用防热隔热陶瓷材料；机身、机翼上表面前部和垂尾前缘气动加热不是特别严机身、机翼上表面前部和垂尾前缘气动加热不是特别严重处，可采用防热隔热的陶瓷瓦材料；机身中后部两侧重处，可采用防热隔热的陶瓷瓦材料；机身中后部两侧和有效载荷舱门处，温度相对较低（约和有效载荷舱门处，温度相对较低（约350350度），可采用度），可采用柔性的表面隔热材料；对于温度最高的区域，采用热管柔性的表面隔热材料；对于温度最高的区域，采用热管冷却和强制循环冷却和发汗冷却等。冷却和强制循环冷却和发汗冷却等。542.3 飞机飞行原理可重复使用的放热材料 2.3.5 2.3.5 超声速飞机的气动外形超声速飞机的气动外形 超声速飞机的气动外形，广义上讲是指飞机主要部件的数量以及他们之间安排和配置。不同的布局不同的布局型式对飞机的飞行性能、型式对飞机的飞行性能、稳定性和操纵性有重大影稳定性和操纵性有重大影响响。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理1.1.飞机气动布局飞机气动布局552.3.5 超声速飞机的气动外形 超机翼几何参数2.2.飞机的几何外形和参数飞机的几何外形和参数机翼平面形状主要参数：翼展、翼弦、前缘后掠角等。影响飞机气动主要参数：前缘后掠角、展弦比、梢根比、翼型相对厚度。2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理56机翼几何参数2.飞机的几何外形和参数机翼平面形状主要参数：2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理572.3 飞机飞行原理57不同的翼剖面形状2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理58不同的翼剖面形状2.3 飞机飞行原理583.3.超声速飞机的气动外形超声速飞机的气动外形2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理A.A.超声速飞机的翼型特点超声速飞机的翼型特点（a）双弧形；（b）棱形；（c）楔形；（d）双菱形593.超声速飞机的气动外形2.3 飞机飞行原理A.超声速飞2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理602.3 飞机飞行原理602.3 飞机飞行原理飞机飞行原理B.B.超声速飞机的机翼平面形状和布局形式超声速飞机的机翼平面形状和布局形式612.3 飞机飞行原理B.超声速飞机的机翼平面形状和布局形式2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理622.3 飞机飞行原理622.3 飞机飞行原理飞机飞行原理B-1 Lancer轰炸机轰炸机F-14 Tomcat 舰载机舰载机米格米格-23632.3 飞机飞行原理B-1 Lancer轰炸机F-14 To2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理边条涡边条涡642.3 飞机飞行原理边条涡64超声速飞机的气动外形超声速飞机的气动外形2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理G鸭翼升力鸭翼升力机翼升力机翼升力G机翼升力机翼升力尾翼升力尾翼升力鸭翼产生的脱体漩涡鸭翼产生的脱体漩涡65超声速飞机的气动外形2.3 飞机飞行原理G鸭翼升力机翼升力G2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理662.3 飞机飞行原理662.3 飞机飞行原理飞机飞行原理672.3 飞机飞行原理672.3 飞机飞行原理飞机飞行原理（8）前掠翼）前掠翼 机翼前、后缘向前伸展（前掠）的飞机。它的梢弦在根弦的机翼前、后缘向前伸展（前掠）的飞机。它的梢弦在根弦的前面，左右翼俯视投影形成一个前面，左右翼俯视投影形成一个V字。前掠翼是和后掠翼同时提字。前掠翼是和后掠翼同时提出的，两者推迟激波产生的原理是完全相同的。出的，两者推迟激波产生的原理是完全相同的。优点：优点：机翼和机身更好的连接；亚音速机动能力好；升力大；机翼和机身更好的连接；亚音速机动能力好；升力大；可控性好。可控性好。缺点：缺点：在气动发散问题：在气动发散问题：即当速度和仰角达到一定即当速度和仰角达到一定值时，很难保证飞机的静值时，很难保证飞机的静稳定性。仰角越大，机翼稳定性。仰角越大，机翼的弯曲变形越大，直至结的弯曲变形越大，直至结构被破坏。构被破坏。682.3 飞机飞行原理（8）前掠翼 机翼前、后缘3.3.超声速飞机和低、亚声速飞机外形区别超声速飞机和低、亚声速飞机外形区别2.3 飞机飞行原理飞机飞行原理693.超声速飞机和低、亚声速飞机外形区别2.3 飞机飞行原理2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造飞机的升力和阻力对飞机性能有很大影响。飞机的升力和阻力对飞机性能有很大影响。良好的气动特性：良好的气动特性：提高升力，减小阻力。提高升力，减小阻力。获得升力和阻力变化特性：获得升力和阻力变化特性：科学计算和风洞试验。科学计算和风洞试验。风洞风洞是一种利用人造气流来进行飞机空气动力试验的设备。是一种利用人造气流来进行飞机空气动力试验的设备。风洞试验：风洞试验：（1）几何相似，即飞机和模型之间的；）几何相似，即飞机和模型之间的；（2）运动相似，即模型各部分气流速度大小与真实飞机对应部）运动相似，即模型各部分气流速度大小与真实飞机对应部 分成同一比例，流速方向相同；气流扰动和实际情况相同；分成同一比例，流速方向相同；气流扰动和实际情况相同；（3）动力相似，作用与模型上的空气动力（升力和阻力）和作）动力相似，作用与模型上的空气动力（升力和阻力）和作 用于真实飞机上的空气动力大小成比例，且方向相同。用于真实飞机上的空气动力大小成比例，且方向相同。为为保保证证“动动力力相相似似”，必必须须保保证证实实验验中中模模型型和和真真实实飞飞机机飞飞行行时时的雷诺数相同。的雷诺数相同。试试验验飞飞机机模模型型尺尺寸寸比比真真实实飞飞机机小小得得多多，风风洞洞风风速速也也比比真真实实飞飞行行速速度度小小很很多多，导导致致模模型型摩摩擦擦阻阻力力在在总总阻阻力力中中所所占占比比例例比比真真实实情情况大得多况大得多。702.3.6 风洞的功用和典型构造飞机的升力和阻力对飞机性能有2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造 雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数雷诺数雷诺数 其中v、分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。雷诺数越小意味着粘性力影响越显著，越大意味着惯性力影响越显著。例如雾珠的降落或润滑膜内的流动过程，粘性效应在整个流场中都是重要的。而飞机近地面飞行时相对于飞机的气流，流体粘性对物体绕流的影晌只在物体边界层和物体后面的尾流内才是重要的。712.3.6 风洞的功用和典型构造 低速风洞低速风洞2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造气流速度气流速度空气动力空气动力72低速风洞2.3.6 风洞的功用和典型构造气流速度空气动力72风烟洞风烟洞2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造 低低速速风风洞洞,可可形形象象地地显显示示出出环环绕绕实实验验模模型型的的气气流流流流动动情情况，清晰显示模型流线谱。况，清晰显示模型流线谱。73风烟洞2.3.6 风洞的功用和典型构造 低速风洞超声速风洞主体结构超声速风洞主体结构2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造高速风洞高速风洞包括亚、跨、超以及高超声速风洞。“暂冲式暂冲式”超声速速风洞超声速速风洞依靠高压空气和大气之间的压力差来工作。依靠高压空气和大气之间的压力差来工作。蜂窝器蜂窝器优点：降低了电动机功率；缺点：工作时间短。优点：降低了电动机功率；缺点：工作时间短。74超声速风洞主体结构2.3.6 风洞的功用和典型构造高速风洞包风洞的功用风洞的功用2.3.6 风洞的功用和典型构造风洞的功用和典型构造 风洞可用于对整架飞机或飞机的某个部件进行吹风实验。风洞可用于对整架飞机或飞机的某个部件进行吹风实验。75风洞的功用2.3.6 风洞的功用和典型构造 风洞可用于对整架2.4.1 飞机的飞行性能飞机的飞行性能2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机的飞行性能是衡量一架飞机的重要标志，一飞机的飞行性能是衡量一架飞机的重要标志，一般包括：飞行速度、航程、升限、起飞着陆性能和机般包括：飞行速度、航程、升限、起飞着陆性能和机动性能等。动性能等。762.4.1 飞机的飞行性能2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性772.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性772.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性782.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性78安全高度安全高度起飞距离起飞距离（加速飞行过程）（加速飞行过程）2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性减小起飞距离措施：减小起飞距离措施：增升装置增升装置增加推力增加推力弹射装置（舰载机）弹射装置（舰载机）飞机起飞距离越短越好。飞机起飞距离越短越好。79安全高度起飞距离（加速飞行过程）2.4 飞机的飞行性能及稳定（减速飞行过程）（减速飞行过程）2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性平飞减速和飘落触地平飞减速和飘落触地慢车状态慢车状态襟翼打开襟翼打开直线下滑直线下滑提高着陆性能措施：提高着陆性能措施：机翼扰流片机翼扰流片反向推力装置反向推力装置阻力板或阻力伞阻力板或阻力伞刹车刹车阻拦索阻拦索飞机着陆速度越小，着陆距离越短，着陆性能越好。飞机着陆速度越小，着陆距离越短，着陆性能越好。80（减速飞行过程）2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性平飞减2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性5、飞机的机动性能、飞机的机动性能 飞飞机机在在一一定定时时间间间间隔隔内内改改变变飞飞行行状状态态的的能能力力，它它在在夺夺取取空空战战优优势势中中起起着着相相当当重重要要的的作作用用，是是军军用用飞飞机机重重要要的的战战术性能指标。对于运输机机动性能要求低。术性能指标。对于运输机机动性能要求低。飞机载荷：飞机载荷：飞飞机机除除受受重重力力之之外外的的外外力力总总和和与与飞飞机机重重量量之之比比。垂垂直方向上的过载：直方向上的过载：飞飞机机设设计计中中，常常用用过过载载来评定飞机的机动性。来评定飞机的机动性。飞飞机机飞飞行行中中除除了了有有俯俯仰仰、偏偏航航和和滚滚转转等等常常规规机机动动动动作作外外，对对于于战战斗斗机机还还有有盘盘旋旋、筋筋斗斗、俯俯冲冲、跃跃升升、战战斗斗转转弯弯等等机机动动动动作作。现现代代战战斗斗机机还还具备过失速机动能力。具备过失速机动能力。812.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性5、飞机的机动性能 2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性爬升爬升倒飞倒飞俯冲俯冲平飞平飞筋斗筋斗俯冲俯冲跃升跃升过载可达过载可达9g过载可达过载可达6g跃升高度跃升高度动升限：跃升可达到的最大高度动升限：跃升可达到的最大高度。822.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性爬升倒飞俯冲平飞筋斗俯2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性3、战斗转弯、战斗转弯 同时改变飞行方向和增同时改变飞行方向和增加飞行高度的机动飞行称为加飞行高度的机动飞行称为战斗转弯。战斗转弯。用途：空战中夺取高度用途：空战中夺取高度优势和占据有利方位。过载优势和占据有利方位。过载系数系数3-4g。此外，还可采用筋斗方此外，还可采用筋斗方法进行战斗转弯以缩短机动法进行战斗转弯以缩短机动时间。时间。832.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性3、战斗转弯 4.过失速机动过失速机动 飞飞机机在在超超过过失失速速迎迎角角之之后后，仍仍然然有有能能力力对对飞飞机机姿姿态态作出调整，实现快速机头指向，完成可操纵的战术机动。作出调整，实现快速机头指向，完成可操纵的战术机动。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性作用：瞬时使飞机占据有利位置，改变敌我攻守态势。作用：瞬时使飞机占据有利位置，改变敌我攻守态势。844.过失速机动 飞机在超过失速迎角之F-22榔头机动榔头机动 S-27眼镜蛇机动眼镜蛇机动 1989年年6月巴黎航展，苏联试飞员普加乔夫第一次世界面前表演了月巴黎航展，苏联试飞员普加乔夫第一次世界面前表演了“眼镜蛇眼镜蛇”机动。机动。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性85F-22榔头机动 S-27眼镜蛇机动 1989年6月巴黎航 飞飞机机的的飞飞行行迎迎角角超超过过临临界界迎迎角角后后，发发生生的的一一种种连连续续自自动动旋旋转转运运动动。是是由由大大迎迎角角下的自转现象引起的。下的自转现象引起的。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性5.尾旋尾旋 尾尾旋旋过过程程轨轨迹迹为为小小半半径径螺螺旋旋线线，一一面面旋旋转转，一一面面下下降降。同同时时绕绕滚滚转转、俯俯仰仰偏偏航航三轴不断旋转。三轴不断旋转。尾尾旋旋特特点点：迎迎角角大大、螺螺旋旋半半径径小小，旋旋转速度高、下沉速度大。转速度高、下沉速度大。尾尾旋旋是是一一种种危危险险的的飞飞行行状状态态，极极易易造造成成飞飞行行事事故故，但但为为了了训训练练和研究目的，有些高机动飞机允许进入尾旋并改出。和研究目的，有些高机动飞机允许进入尾旋并改出。86 飞机的飞行迎角超过临界迎角后，发生的2.4.2 飞机的稳定性飞机的稳定性2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性872.4.2 飞机的稳定性2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性882.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性882.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性892.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性89飞机焦点飞机焦点附加升力的合力附加升力的合力Y的作用点为的作用点为飞机的焦点飞机的焦点。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性90飞机焦点附加升力的合力Y的作用点为飞机的焦点。2.4 飞机飞机焦点飞机焦点附加升力的合力附加升力的合力Y的作用点为的作用点为飞机的焦点飞机的焦点。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性91飞机焦点附加升力的合力Y的作用点为飞机的焦点。2.4 飞机2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的焦点飞机的焦点飞机重心位置与纵向稳定性之间的关系飞机重心位置与纵向稳定性之间的关系922.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的焦点飞机重心位置2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性932.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性932.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机主要依靠垂尾的作用来保证方向稳定性，方向稳定力矩飞机主要依靠垂尾的作用来保证方向稳定性，方向稳定力矩是在是在侧滑侧滑中产生的。中产生的。942.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机主2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机即向前、又向侧方运动。飞机即向前、又向侧方运动。952.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机即向前、又向侧方运2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机在速度提高（特别是超声速以后），垂尾侧力系数减小，飞机在速度提高（特别是超声速以后），垂尾侧力系数减小，产生侧力能力下降，导致飞机方向静稳定性降低。产生侧力能力下降，导致飞机方向静稳定性降低。措施：增大垂尾面积，选用腹鳍、双立尾增大方向稳定性。措施：增大垂尾面积，选用腹鳍、双立尾增大方向稳定性。962.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机在2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 使飞机自动恢复横侧平衡状态的滚转力矩主要使飞机自动恢复横侧平衡状态的滚转力矩主要由机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼的作用产生的。由机翼上反角、机翼后掠角和垂直尾翼的作用产生的。972.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 使飞机2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性982.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性982.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性超声速飞机一般采用大后掠角，其横向静稳定作用可能过大而出现左右往复超声速飞机一般采用大后掠角，其横向静稳定作用可能过大而出现左右往复的飘摆运动。可采用下反角外形以削弱后掠翼后掠翼的横向静稳定性。的飘摆运动。可采用下反角外形以削弱后掠翼后掠翼的横向静稳定性。992.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性超声速飞机一般采用大后2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机具有静稳定性，表明该飞机的平衡状态具有抗外界干扰的能力。但为了保证飞机的稳定性，决不能单纯依靠飞机自身的稳定性，飞行员也必须积极主动地实施操纵，做及时修正。1002.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机具2.4.3 飞机的操纵性飞机的操纵性2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备（如驾驶飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备（如驾驶杆、脚蹬和气动舵面等）来改变飞机飞行状态的能力。杆、脚蹬和气动舵面等）来改变飞机飞行状态的能力。主要研究主要研究飞行状态的改变飞行状态的改变与与杆舵行程和杆力大杆舵行程和杆力大小小之间的基本关系，飞机反应快慢，以及影响因素等。之间的基本关系，飞机反应快慢，以及影响因素等。操作气动舵面包括：升降舵、方向舵和副翼。操作气动舵面包括：升降舵、方向舵和副翼。1012.4.3 飞机的操纵性2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞行中，向后拉杆，机头上仰；向前推杆，机头下俯。飞行中，向后拉杆，机头上仰；向前推杆，机头下俯。1022.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞行中，向后拉杆，机头2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性1032.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性103 飞行中，向左压驾驶杆，飞机向左倾斜；反之，向右压飞行中，向左压驾驶杆，飞机向左倾斜；反之，向右压驾驶杆，飞机向右倾斜。驾驶杆，飞机向右倾斜。2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性104 飞行中，向左压驾驶杆，飞机向左倾斜；反之，向右2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞行中，踏左脚蹬，机头向左偏转；踏右脚蹬，机头向右飞行中，踏左脚蹬，机头向左偏转；踏右脚蹬，机头向右偏转。偏转。1052.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞行中，2.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞行马赫数的提高，飞行动压迅速增大，偏转操纵面所施飞行马赫数的提高，飞行动压迅速增大，偏转操纵面所施加的力也越大，现代飞机采用助力器、力臂调节器，并用人工载荷加的力也越大，现代飞机采用助力器、力臂调节器，并用人工载荷机构模拟驾驶杆的气动载荷以减小飞行员所需操纵力，并感受操纵机构模拟驾驶杆的气动载荷以减小飞行员所需操纵力，并感受操纵力矩的变化。力矩的变化。驾驶员操纵舵面改变飞机姿态要和人体的自然动作协调一驾驶员操纵舵面改变飞机姿态要和人体的自然动作协调一致。手上的所感受的力的大小和方向也应正常和适中，以避免产生致。手上的所感受的力的大小和方向也应正常和适中，以避免产生操纵失误。操纵失误。飞机的稳定性是飞机本身的特性，它与操纵性有密切联系。飞机的稳定性是飞机本身的特性，它与操纵性有密切联系。很稳定的飞机，操纵往往不灵敏；操纵很灵敏的飞机，则很稳定的飞机，操纵往往不灵敏；操纵很灵敏的飞机，则往往不太稳定。稳定性和操纵性应综合考虑，以获得最佳飞机性能。往往不太稳定。稳定性和操纵性应综合考虑，以获得最佳飞机性能。1062.4 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 飞行马赫2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理 一般认为直升机技术比固定翼飞机复杂，发展比固定一般认为直升机技术比固定翼飞机复杂，发展比固定翼飞机慢。翼飞机慢。随着对直升机空气动力学、直升机动力学等学科认随着对直升机空气动力学、直升机动力学等学科认识的深入，直升机技术也有可很大发展。识的深入，直升机技术也有可很大发展。直升机特点：直升机特点：l 能垂直起降，对起降场地无太多特殊要求；能垂直起降，对起降场地无太多特殊要求；l能空中悬停；能空中悬停；l能沿任意方向飞行，飞行速度低，航程相对短。能沿任意方向飞行，飞行速度低，航程相对短。目前最大速度：目前最大速度：417417公里公里/小时（小时（X2X2），），400400公里公里/小时小时（山猫）。（山猫）。实用升限：实用升限：4000-6000m4000-6000m；航程：航程：400-800Km400-800Km。X2-X2-西科斯基公司西科斯基公司山猫直升机山猫直升机1072.5 直升机的飞行原理 一般认为直升机技术比固2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理 2.5.1 2.5.1 直升机旋翼工作原理直升机旋翼工作原理1082.5 直升机的飞行原理 2.5.1 直升机旋翼2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1092.5 直升机的飞行原理1092.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理米米-6 “Hook”直升机直升机1102.5 直升机的飞行原理米-6 “Hook”直升机1102.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1112.5 直升机的飞行原理1112.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1122.5 直升机的飞行原理1122.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理2.5.4 直升机的操纵性和稳定性直升机的操纵性和稳定性 直升机的操纵系统直升机的操纵系统:传递操纵指令、进行总距操纵、变传递操纵指令、进行总距操纵、变距操纵和脚操纵的操纵机构和操纵线路。距操纵和脚操纵的操纵机构和操纵线路。1132.5 直升机的飞行原理2.5.4 直升机的操纵性和稳定性 2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1142.5 直升机的飞行原理1142.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1152.5 直升机的飞行原理115（转动臂）（转动臂）2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理116（转动臂）2.5 直升机的飞行原理1162.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1172.5 直升机的飞行原理117当倾斜器无倾斜时：当倾斜器无倾斜时：每片桨叶在旋转中保持桨距恒定。每片桨叶在旋转中保持桨距恒定。当倾斜器被操纵倾斜时当倾斜器被操纵倾斜时：每片桨叶在旋转中周期性改变桨距。变距拉杆转至倾斜器上位时，桨距加大，桨叶向每片桨叶在旋转中周期性改变桨距。变距拉杆转至倾斜器上位时，桨距加大，桨叶向上挥舞；变距拉杆转至倾斜器下位时，桨距减小，桨叶向下挥舞。从而，形成旋翼旋转面上挥舞；变距拉杆转至倾斜器下位时，桨距减小，桨叶向下挥舞。从而，形成旋翼旋转面的倾斜。的倾斜。2.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理118当倾斜器无倾斜时：2.5 直升机的飞行原理1182.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1192.5 直升机的飞行原理1192.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1202.5 直升机的飞行原理1202.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1212.5 直升机的飞行原理1212.5 直升机的飞行原理直升机的飞行原理1222.5 直升机的飞行原理122