飞机起降过程物理过程分析【优质课资】

飞机起降过程物理过程分析 摘 要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，越来越多的人选择方便快捷的飞机作为主要出行方式。中国低空领域的开放，将会进一步促进整个行业的大发展。人们的生活也越来越离不开飞机。飞机涉及到非常多的知识和原理。文章将对飞机的原理和相关的运行规定进行整理分析，以及理想情况下飞机降落过程的受力分析来展示飞机降落的整个过程。 关键词：飞机；着陆；起飞；标准降落；受力分析 1 起飞着陆具体过程 在飞机的整个飞行中起飞着陆是最复杂、最危险的阶段，在这一阶段发生事故的概率最高。 当飞机得到起飞命令以后，飞行员加大飞机的油门开始滑跑，当滑跑速度达到一定数值（离地速度）时，飞行员向后拉驾驶杆使飞机的迎角增加，这样飞机的升力就随着滑跑速度和迎角的增加而增大。当升力增加到大于飞机的重力时，飞机便开始离开地面。以后，飞机继续加速爬升，当飞机爬升到离地面1015米时，飞行员便开始收起落架以减小飞行阻力。当飞机爬升到安全高度以后，起飞阶段就结束了。 飞机着陆过程是指飞机从安全高度以3度下降角下降，发动机慢车，飞机近似等速直线飞行。在离地6到12米时，开始将飞机拉平。飞机减速平飞，继续增加迎角接近护尾迎角，速度继续降低。当升力小于重力时，飞机飘落主轮接地后，保持两点滑跑，利用空气阻力减速到一定速度后，飞机前轮接地，三点滑跑并开始刹车直到停止。整个过程可概括为：下降、拉平、平飘、接地、滑跑。 2 升力产生的物理过程 空气在机翼迎风时的流向图。如图1所示。 空气在机翼上方要随机翼的形状走过更多的行程，于是机翼上方的流速小于机翼下方，根据气体性质，那么机翼上方的气体压强要小于机翼下方，于是形成了上下的气压差，飞机的升力本质上由此产生。 3 起飞性能参数 提高飞机起飞时的加速度，使它尽快地达到离地速度，以缩短起飞滑跑距离。飞机起飞是一个直线加速运动，它分两个阶段，即最大功率地面滑跑阶段，以及加速爬升阶段。飞机起跑速度继续增加到一定数值时，机翼的升力和重量大致相等，驾驶员拉杆向后，飞机抬起机头，前轮离地，这个速度称为抬前轮速度。这时飞机开始升空，起飞的第一阶段滑跑完成，转入第二阶段即飞机飞到规定的高度，起飞阶段结束。 从飞机滑跑开始到飞越35米高度的地面距离称为起飞距离，起飞距离越短越好。这个距离的长短取决于发动机的推力的大小，飞机重量，与飞机外形相关的升力系数，同时也和气象条件等有关。 起飞速度VTD 飞机主轮开始接地瞬间的速度叫接地速度，可近似表示成。 即： 上式揭示了飞机滑跑直到离地应满足的速度条件，式中G为飞机重力，L为飞机升力，？籽为空气密度，S为翼面积，CLTD为升力系数。 从上式可以看出，飞机起飞的基本条件是升力等于飞机重力的力平衡。而起飞即实际离地的速度并不是恒定的，受到空气密度，有效机翼面积，以及升力系数的综合影响，而升力系数又和起飞的仰角等因素相关，因此，理论上飞机起飞的速度可以根据具体机型进行设计。 4 着陆性能参数 着陆滑跑距离取决于接地速度的大小和滑跑减速的快慢。着陆距离主要受到飞机进场高度、进场速度、襟翼位置、接地姿态、着陆重量、机场压力高度与气温、刹车状况、风向风速、跑道表面质量的影响。进场高度偏高，接地点前移，着陆距离增长。进场速度大，着陆中需要消失的能量增加，延迟飞机接地，形成飘飞减速，着陆距离增长。放襟翼着陆，升力系数增加，使进近和接地速度减小；升阻比减小，阻力系数增大，减速快，所以着陆距离和着陆滑跑距离缩短。正常情况一般放大襟翼角度着陆。 要缩短着陆距离和着陆滑跑距离，应严格控制好飞机在安全高度处的速度和接地速度，襟翼着陆位，尽可能向逆风和上坡着陆，滑跑中应及时正确地使用刹车，使飞机尽快减速。 着陆速度计算。 飞机着陆速度为： 式中，vjd为接地速度（km/h）；CL，jd为接地时升力系数；K为地面效应影响系数，一般取0.900.95。 737-800一般在40度全襟翼下接地速度为140节左右。 波音737飞机的最佳进场速度为140节左右，此时襟翼放下角度应为30。随着飞行速度降低，襟翼放下角度应逐步增加。 从上式可以看出，飞机着陆的基本条件是升力等于飞机重力的力平衡。而着陆即实际触地的速度并不是恒定的，受到空气密度，有效机翼面积，以及升力系数的综合影响，而升力系数又和起飞的接近角等因素相关，飞机的重力也因为航油的消耗在触地时达到相对最小值，因此，理论上飞机触地的速度比起飞时要低。 5 增加升力措施 根据起降的力学条件，即满足重力等于升力，于是提高升力可以减小起飞以及降落的速度，提高飞机的安全性，从升力公式来看，主要有两方面的途径可以改善升力。 5.1 提高升力系数 升力系数的提升主要从改善机身的外形结构设计着手，通过不同的机翼设计，使得气流在机翼上下的压强差变大，以便获得更大的升力系数。 5.2 增大机翼面积 机翼的面积是指能够提供升力的有效面积，在飞机起飞或触地前后的一段时间，机翼上的附面层进行迎风角度调整，就是动态的调整了机翼的有效面积，同时对不同类型的飞机，如航母上要求短距离离舰或者舰，则要求对舰载飞机的外形或机翼进行特殊设计，飞机的结构强度和飞机的材料也需要满足轻量化要求，保证飞机重力的减轻，从设计上减小起飞的速度，也就保证了飞机滑跑的短距离。 参考文献 1王云.航空航天概论Z.2009. 2徐华舫.空气动力学Z.1979. 3余雄庆.飞机总体设计PPTZ. 4岑国平，李明锋.机场跑道可靠性设计方法Z.2004.6作业资料#