民航概论 第2章 第2节 飞行基本原理

航空

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航空

第二节飞行基本原理
第二章民用航空器
飞机升力的产生
飞机的飞行控制
第二章第二节飞行基本原理——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。
1、伯努力定理
Daniel
Bernoulli,
1700-1782.
连续性
截面小，流速大，静压小
截面大，流速小，静压大
V1A1 V2A2
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
1、伯努力定理
1 2
2 t p  V  p  C
p:静压
:动压
pt:总压
1 2
2
 v
A V P
A V P
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
1、伯努力定理
 
h
 '

p t p
1 h
2 h

h
V
1 2
2 t p  V  p  C 2( ) t v P P



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—伯努力定理在大气中的使用
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
山谷里的风通常比平原大
高楼大厦之间的对流
通常比空旷地带大
2、伯努力定理的应用—伯努力定理在大气中的使用
河水在河道窄的
地方流得快，河
道宽的地方流得
慢
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—伯努力定理在大气中的使用
压强大人
安全线
地铁
V
压强小
V P
V P
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—机翼上的升力
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。
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2、伯努力定理的应用—机翼上的升力
流线---是流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团
的速度与曲线在该点的切线重合。
烟风洞翼型绕流实验
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2、伯努力定理的应用—机翼上的升力
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。
Relative Wind
Chord line
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—机翼上的升力
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。
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—机翼上的升力
相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪
一个更快？
起
点
终
点
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—机翼上的升力
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—机翼上的升力
当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。
当机翼表面压强高于大气压，称为压力。
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
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。
2、伯努力定理的应用—机翼上的升力
Stall
Stalling angle
Slope
2л

0  lj 
LMAX C
L C
0 ( ) L L C  C  
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2、伯努力定理的应用—机翼上的升力
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—机翼上的升力
  15o   20o
  0o   5o
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
飞行方向
2、伯努力定理的应用—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
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2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力

作用在飞机上的空气动力，垂直于速度方向的分量是
升力，平行于速度方向的分量就是阻力。
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2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力
LIFT
THRUST
WEIGHT
DRAG
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2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力
CL  CL  ( 0 )
2
D D0 L C  C  AC
1 2
2 D D  V S C   
1 2
2 L L  V S C   
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2、伯努力定理的应用—飞机上作用的力
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
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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。
Boundary layer
99%v
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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。
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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
Relative Wind
L
Di
downwash
Induced drag
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
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
对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：
•摩擦阻力(Skin Friction Drag)
•压差阻力(Form Drag)
•干扰阻力(Interference Drag)
•诱导阻力(Induced Drag)
废阻力
(Parasite Drag)
粘性
升力
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—高速飞行的问题
音速是微弱扰动传播的速
度，音速表征了空气的传播
和压缩特性。
V=0 a
3a
4a
2a
a
2a 3a 4a
V<a
V
2V
3V
4V
a
2a 3a 4a
V=a
Mach
core
a  KRT
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—高速
飞行的问题
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—高速飞行的问题
M V a
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
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—高速飞行的问题
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。
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2、伯努力定理的应用—高速飞行的问题
临界马赫数---飞机产生局部激波时的飞行马赫数，即飞机表
面速度最大点的M=1时的飞行马赫数。
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—高速飞行的问题
怎么样能让飞机飞得
尽可能快但又可以避
开激波阻力？
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—高速飞行的问题
采用后掠翼可以提高下临界
马赫数！
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—高速飞行的问题
翼尖先失速
？？
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
后掠翼飞机改善翼尖先失速的措施
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
阻力相关资料
其他阻力5% 7% 5%
激波阻力3% 35% 5%
干扰阻力7% 6% 40%
诱导阻力40% 29% 25%
摩擦阻力45% 23% 25%
单旋翼直
升机
超音速战
斗机
亚音速运
输机
阻力名称
典型飞机阻力构成
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—高速飞行的问题
1969年美国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的理查
德.惠特科姆运用理论方法设计出超临界翼型，特点是前缘
钝圆，上表面平坦，下表面在后缘处有反凹，且后缘较薄并
向下弯曲。与普通翼型相比可提高临界马赫数0.06-0.1。
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—高速飞行的问题
波音757采用了超临界翼型
第二章第二节飞行基本原理——飞机升力的产生
第二节飞行基本原理
第二章民用航空器
飞机升力的产生
飞机的飞行控制
1、飞机的平衡
机体坐标轴—纵轴、横轴、立轴
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
1、飞机的平衡——俯仰平衡
绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰
获得俯仰平衡的条件  0 Z M
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
1、飞机的平衡——方向平衡
  0 y 获得方向平衡的条件M
绕立轴（OY轴）的转动称为偏航
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
1、飞机的平衡——横侧平衡
绕纵轴（OX轴）的转动称为滚转
  0 x 获得横侧平衡的条件M
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
1、飞机的平衡
T D
0
0
0
X T D
Y CL G T
Z
 
  


第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
L
T
G
D
G
L
D
上升下降受力分析
1、飞机的平衡
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
2、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。
(a) positive (b) neutral (c) negative
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
2、飞机的稳定性—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
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
2、飞机的稳定性—纵向稳定性（绕横轴的稳定性）
气动中心在焦点之后
水平尾翼
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
瞬间受扰
机头上抬
扰动运动消失
迎角恢复原值
平尾附
加升力
俯仰稳
定力矩
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
2、飞机的稳定性—方向稳定性（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
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
影响飞机方向稳定性的因素
垂直尾翼的位置
（越靠后越强）
垂直尾翼的面积
（越大越强）
相对气流
相对气流
扰动
扰动
稳定力矩
稳定力矩
较小侧力
（面积小）
较大侧力
（面积大）
2、飞机的稳定性—横向稳定性（绕纵轴的稳定性）
上反角
后掠角
垂直尾翼
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
2、飞机的稳定性—横向稳定性（绕纵轴的稳定性）
侧滑方向
侧力力臂
垂尾侧力
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
3、飞机的操纵性
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
3、飞机的操纵性—俯仰操纵性
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
3、飞机的操纵性—俯仰操纵性
拉杆
升降舵上偏
附加向下升力
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
3、飞机的操纵性—方向操纵性
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
3、飞机的操纵性—横侧操纵性
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
第二章第二节飞行基本原理——飞机的飞行控制
飞行员通过侧杆操纵俯仰和横滚
。
脚蹬控制方向舵

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