飞行原理（转）

米笑发表于 2010-8-25 15:40:18

动力原理：

<A href="http://www.airforceworld.com/how/how_turbojet.htm">涡轮喷气发动机</A> <A href="http://www.airforceworld.com/how/how_turbofan.htm">涡轮风扇发动机</A> <A href="http://www.airforceworld.com/how/how_ramjet.htm">冲压喷气发动机</A> <A href="http://www.airforceworld.com/how/how_turboshaft.htm">涡轮轴发动机</A>
升力原理：
飞机是比空气重的飞行器，因此需要消耗自身动力来获得升力。而升力的来源是飞行中空气对机翼的作用。  
在下面这幅图里，有一个机翼的剖面示意图。机翼的上表面是弯曲的，下表面是平坦的，因此在机翼与空气相对运动时，流过上表面的空气在同一时间(T)内走过的路程(S1)比流过下表面的空气的路程(S2)远，所以在上表面的空气的相对速度比下表面的空气快(V1=S1/T >V2=S2/T1)。根据帕奴利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”，因此上表面的空气施加给机翼的压力 F1 小于下表面的 F2 。F1、F2 的合力必然向上，这就产生了升力。
<IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/wing.gif">　<IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/wing2.gif"> 从机翼的原理，我们也就可以理解螺旋桨的工作原理。螺旋桨就好像一个竖放的机翼，凸起面向前，平滑面向后。旋转时压力的合力向前，推动螺旋桨向前，从而带动飞机向前。当然螺旋桨并不是简单的凸起平滑，而有着复杂的曲面结构。老式螺旋桨是固定的外形，而后期设计则采用了可以改变的相对角度等设计，改善螺旋桨性能。

<CENTER><IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/engine_fan_1.jpg" border=1> </CENTER>

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飞行需要动力，使飞机前进，更重要的是使飞机获得升力。早期飞机通常使用活塞发动机作为动力，又以四冲程活塞发动机为主。这类发动机的原理如图，主要为吸入空气，与燃油混合后点燃膨胀，驱动活塞往复运动，再转化为驱动轴的旋转输出：

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<IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/engine_piston_4_1.gif"></CENTER>
单单一个活塞发动机发出的功率非常有限，因此人们将多个活塞发动机并联在一起，组成星型或V型活塞发动机。下图为典型的星型活塞发动机。
<IMG src="http://www.airforceworld.com/pla/gfx/y5/y5_hs5.jpg" border=1>
现代高速飞机多数使用喷气式发动机，原理是将空气吸入，与燃油混合，点火，爆炸膨胀后的空气向后喷出，其反作用力则推动飞机向前。下图的发动机剖面图里，一个个压气风扇从进气口中吸入空气，并且一级一级的压缩空气，使空气更好的参与燃烧。风扇后面橙红色的空腔是燃烧室，空气和油料的混和气体在这里被点燃，燃烧膨胀向后喷出，推动最后两个风扇旋转，最后排出发动机外。而最后两个风扇和前面的压气风扇安装在同一条中轴上，因此会带动压气风扇继续吸入空气，从而完成了一个工作循环。
<IMG src="http://www.airforceworld.com/fighter/gfx/f22/f22_f119_2.jpg">
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<TD colSpan=2>下面给出几种类型的喷气发动机的工作原理图，转载自<A href="http://www.bqzs.org.cn/">《兵器知识》</A>网站。</TD></TR>
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<DIV align=left><IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/wolun.gif"></DIV></TD>
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涡轮喷气发动机 这类发动机的原理基本与上面提到的喷气原理相同，具有加速快、设计简便等优点。但如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱点。
<A href="http://www.airforceworld.com/how/how_turbojet.htm">更详细内容>>></A></TD></TR></TBODY></TABLE>
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涡轮风扇发动机 涡轮风扇发动机吸入的空气一部分从外部管道(外涵道)后吹，一部分送入内涵道核心机(相当于一个纯涡喷发动机)。最前端的“风扇”作用类似螺旋桨，通过降低排气速度达到提高喷气发动机推进效率的目的。同时通过精确设计，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，同样解决了排气速度过快的问题，从而降低了发动机的油耗。由于该风扇设计要兼顾内外涵道的需要，因此难度远大于涡喷发动机。
<A href="http://www.airforceworld.com/how/how_turbofan.htm">更详细内容>>></A> </TD>
<TD><IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/woshan.gif"> </TD></TR></TBODY></TABLE>
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<TD><IMG src="http://www.airforceworld.com/misc/gfx/how/chongya.gif" align=middle> </TD>
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冲压喷气发动机 此类发动机没有风扇等器件，完全靠高速飞行时产生的冲压效应压缩吸入的空气，点火、燃烧、后喷等原理。因此其优点为结构简单、体积小、推力大、加速快。缺点是需要外部能源进行启动(通常为火箭助推)，不适合循环使用。</TD></TR></TBODY></TABLE>

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