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民航基础知识教案3内容
民航基础知识教案3(内容)
飞行基本原理
第一节气流特性
一、气流和相对气流
空气流动简称为气流。
空气与物体之间有相对运动,就有相对气流。
流线和流线谱:
空气经过空间任意一点的速度、压力和密度都不随时间而变化的气流叫稳定气流,稳定气流中空气质点流动的路线叫流线。
许多流线所组成的反映空气流动全貌的图形叫流线谱。
飞机的翼型和迎角都会对流线谱产生影响。
机翼的剖面形状简称为翼型。
如果机翼在相对气流中的关系位置改变了,流线谱就会改变,机翼的压力分布也就随之而变。
迎角对于流线谱也有变化影响。
里得出气体的连续性定理和伯努利定理只适用于低速,即气流不可压缩、密度不变的流动情况,不能推广到高速流动的气体。
第二节升力、阻力、侧力的产生和变化
飞机在空气中运动或者空气流过飞机时,就会产生作用于飞机的空气动力,飞机各部分所受到的空气动力的总和,叫总空气动力,通常用R表示。
一、升力的产生与变化
1、升力的产生
从流线谱可以看出:
空气流到机翼前缘,分成上、下两股,分别沿机翼上、下表面流过,而在机翼后缘重新汇合向后流去。
在机翼上表面,由于比较凸出,流管变细,说明流速加快,压力降低。
在机翼下表面,气流受到阻挡作用,流管变粗,流速减慢,压力增大。
于是,机翼上、下表面出现了压力差,垂直于相对气流方向的压力差的总和,就是机翼的升力。
2、影响升力大小的因素
迎角、飞行速度、空气密度、机翼面积、翼型
迎角的变化规律:
参见书59页图4—12.小于临界迎角,迎角和升力成正比;达到临界迎角,升力最大;大于临界迎角,升力与迎角成反比。
飞行速度的关系:
升力与飞行速度的平方成正比。
空气密度的关系:
升力与空气密度成正比。
机翼面积的关系:
升力与机翼面积成正比。
翼型的关系:
翼型弯曲程度较大的机翼,产生的升力较大。
案例:
航班起飞前宣布超载
计划从丽江赶回广州上班的刘先生购买了金鹿航空公司DA382航班(机型737)的机票,并在昨天一早到机场办理登机手续。
但在办手续的时候,机场发布消息称:
因为飞机调度原因,该航班延误。
到了中午2时许,刘先生搭乘的飞机终于抵达丽江机场。
但在飞机准备起飞的时候,空姐突然告诉旅客:
这一航班超载了15名旅客,如果有旅客自愿改签明天的航班回广州,航空公司将每人赔偿300元,并安排住宿一晚。
因为大家都赶着回广州上班,因此开始的时候没有人愿意改签。
由于双方意见未能达成一致,大家在飞机上一直协商。
没想到了晚上6点钟左右,空姐突然又向旅客宣布:
飞机没有超载,马上就可以起飞了,要求各旅客按原位坐好。
正在嚷嚷的旅客听到这一消息惊讶不已,本来说超载的飞机,在并没有任何一人下飞机的情况下,突然又变成不超载了?
旅客感到不解的同时,也开始为自己的安全担心。
因此,本来坐在客舱里的旅客全部都下飞机了,有的在停机坪等候,有的则回到候机室休息,就是没有一名旅客留在飞机上。
“连空姐也解释不了为什么开始的时候说超载,但后来又不超载了。
”此外,旅客认为从头开始,一直都是乘务员在向他们做解释工作,而机长则完全没有露面,只是从驾驶舱里通过广播,抛出一句:
“你们现在不愿意走的可以退票。
”对此,刘先生感到非常生气,觉得并没有受到尊重。
航空公司:
起飞要求导致
因为丽江机场属于高原机场,需要特定的飞机飞行,而且飞机必须减载。
而他们在丽江并没有自己的工作人员,因此飞机配载图在起飞前才送到飞行员手上,此时机组人员才发现飞机超载了,要求部分旅客下飞机,以减轻飞机的起飞重量。
而后来,因为下午丽江的气温降低,经过仪表测试,飞机又符合了起飞要求,因此向旅客宣布可以起飞。
二、阻力的产生与变化
1、阻力的产生
飞机飞行在空气中会有各种阻力,阻力是与飞机运动方向相反的空气动力,它阻碍飞机的前进。
按其产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、干扰阻力。
摩擦阻力:
空气的物理特性之一就是粘性。
当空气流过飞机表面时,由于粘性,空气同飞机表面发生摩擦,产生一个阻止飞机前进的力,这个力就是摩擦阻力。
摩擦阻力的大小,决定于空气的粘性,飞机的表面状况,以及同空气相接触的飞机表面积。
空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大,摩擦阻力就越大。
压差阻力:
人在逆风中行走,会感到阻力的作用,这就是一种压差阻力。
这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。
飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。
诱导阻力:
升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。
这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力,是飞机为产生升力而付出的一种代价,这叫做诱导阻力。
干扰阻力:
它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。
这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。
以上四种阻力是对低速飞机而言,至于高速飞机(如超音速飞机),除了也有这些阻力外,还会产生激波阻力等其他阻力。
2、影响阻力大小的因素
迎角的影响关系:
迎角增大,阻力也越大,迎角越大,阻力增加越多:
超过临界迎角,阻力急剧增大。
飞机外形状态与光滑程度。
飞机表面光滑与否对摩擦阻力会有影响,飞机表面相对光滑,阻力相对也会较小,反之则大。
其他变化规律与升力相同。
3、阻力公式和阻力系数
阻力公式:
X=Cx1/2pv2s
阻力系数:
Cx
阻力系数曲线见图4—15
4、升阻比
衡量一架飞机的空气动力性能,不能单从升力,或单从阻力一个方面来看,必须把两者结合起来,分析升力和阻力之间的对比关系。
所谓升阻比,就是在同一迎角下升力与阻力之比。
升阻比也就是同一迎角下升力系数与阻力系数之比。
升阻比大,说明在取得同一升力的情况下,阻力比较小。
升阻比越大,飞机的空气动力性能越好,对飞行越有利。
升阻比有一个最大值,叫最大升阻比。
最大升阻比所对应的迎角叫有利迎角。
从无升力迎角开始,迎角增加,因升力系数比阻力系数增加的倍数多,所以升阻比是增大的,到有利迎角,升阻比达到最大值。
超过有利迎角,再增大迎角,因升力系数比阻力系数增加的倍数少,所以升阻比减小。
飞机在有利迎角下飞行是有利的,所以一般飞机飞行的迎角都不大。
5、飞机极线
在每一个迎角下,都有一个升力系数和阻力系数。
所谓飞机的空气动力系数曲线,就是把飞机的升力系数和阻力系数随迎角而变化的关系,综合地用一条曲线画出来,这条曲线就是飞机的空气动力系数曲线,简称飞机极线。
飞机极线比较全面地表达了飞机的空气动力性能,在空气动力计算中很有用处。
从飞机极线上还可得出各迎角下的升阻比,以及最大升阻比和有利迎角。
各迎角下的升阻比,可以由飞机极线上查出的升力系数和阻力系数计算出来。
6、附面层
以空气为例,空气流过物体时,由于物体表面不是绝对光滑的,加之空气具有粘性,所以,紧贴物体表面的一层空气受到阻滞,流速减小为零。
这层流速为零的空气又通过粘性作用影响上一层空气的流动,使上层空气流速减小。
空气流过飞机时,贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。
摩擦阻力是在附面层内产生的。
7、增升装置
机翼上用来改善气流状况和增加升力的一套活动面板。
可在飞机起飞、着陆或低速机动飞行时增加机翼剖面之弯曲度及迎角,从而增加升力。
常见有前缘缝翼、前后缘襟翼、喷气襟翼等等。
第三节飞机的平衡安定性和操纵性
一、飞机的重心
飞机各部分重力的合力着用点,称为飞机的重心。
重力作用力点所在的位置,叫重心位置。
二、飞机的转动轴
通过飞机重心的三条互相垂直的、以机体为基准的坐标轴,叫转动轴。
它可分为:
(1)纵轴:
沿机身轴线,通过飞机重心的轴线,叫飞机的纵轴。
飞机绕纵轴的转动,叫横向滚转。
(2)横轴:
沿机翼方向通过飞机重心并垂直纵轴的轴线,叫飞机的横轴。
飞机绕横轴的转动,叫俯仰转动。
(3)立轴:
通过飞机重心并垂直于纵轴和横轴的轴线,叫飞机的立铀。
飞机绕立轴的转动,叫方向偏转。
三、飞机的力矩平衡
飞机的平衡是指作用于飞机的各力之和为零,各力重心所构成的各力矩之和也为零。
飞机处于平衡状态时,飞机速度的大小和方向都保持不变,也不绕重心转动。
飞机的平衡包括俯仰平衡、方向平衡和横侧平衡。
1、俯仰平衡
飞机的俯仰平衡是指作用于飞机的各俯仰力矩之和为零。
飞机取得平衡后,不绕横轴转动,迎角保持不变。
2、方向平衡
飞机的方向平衡是指作用于飞机的左偏力矩和右偏力矩之和为零。
飞机取得方向平衡后,不绕立轴转动,侧滑角不变或没有侧滑角。
3、横侧平衡
飞机的横侧平衡是作用于飞机的各滚转力矩之和为零。
飞机取得横侧平衡后,不绕纵轴滚转,坡度不变或没有坡度。
作用于飞机的滚转力矩,主要有两翼升力对重心形成的力矩。
三、飞机的安定性
飞机的安定性就是飞行中,当飞机受微小扰动(如阵风、发动机工作不均衡、舵面的偶尔偏转等)而偏离原来的平衡状态,并在扰动消失后,不经飞行员操纵,飞机自动恢复原来平衡状态的特性。
飞机的安定性包括:
俯仰安定性、方向安定性和横侧安定性。
飞机安定性的的强弱,一般由摆动衰减时间、摆动幅度、摆动次数来衡量。
当飞机受到扰动后,恢复原来平衡状态时间越短,摆动幅度越小,摆动次数越少,飞机的安定性就越强。
飞机的俯仰安定性:
指飞机受微小扰动迎角发生变化,自动恢复原来迎角的特性。
飞机是通过水平尾翼产生的附加升力,对机场重心形成机头下俯或上仰的安定力矩来获得迎角安定性的。
此外,飞机的重心位置对迎角安定性有较大影响,所以,飞机的配载是很重要的。
飞机的方向安定性:
指飞机受到扰动使方向平衡遭到破坏,扰动消失后,飞机又趋向于恢复原来的方向平衡状态。
飞机的方向安定力矩是在侧滑中产生的。
飞机的侧滑是指飞机的运动方向同收音机的对称面不平衡,相对气流是侧前方(左、右侧)流向飞机的飞行状态。
飞机主要依靠垂直尾翼的作用、产生一个对飞机重心的安定力矩使机头左、右偏转来消除飞机侧滑的。
飞机的横侧安定性:
是指在飞行中,飞机受到扰动以致横侧平衡状态遭到破坏,而在扰动消失后,飞机又趋向于恢复原来的横侧平衡状态。
飞机的横侧安定性主要靠机翼上的反角、后掠角和垂直尾翼的作用产生的。
四、飞机的操纵性
飞机除应有必要的安定性外,还应有良好的操作性,这样才能保证飞行员有意识的飞行。
飞机的操作性是只指飞机在飞行员操纵升降舵、方向舵和副翼下改变其飞行状态的特性。
操纵动作简单、省力,飞机反应快,操作性就好,反之则不。
飞机的操纵性同样包括俯仰操纵性、方向操纵性和横侧操纵性。
飞机的俯仰操纵性是飞行员操纵驾驶杆使升降舵偏转之后,飞机绕横轴转动而改变迎角等飞行状态的特性。
在直线飞行中,飞行员向后拉驾驶杆,升降舵向上偏转一个角度,在水平尾翼上产生向下的附升力,对飞机重心形成俯仰操作力矩,迫使机头上仰,迎角增大。
驾驶杆前后的每个位置对应着一个迎角或飞行速度。
飞机的方向操纵性,就是在飞行员操纵方向舵后,飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行特性。
与俯仰角相似,在直线飞行中,每一个脚蹬位置,对应着一个侧滑角,蹬右舵,飞机产生左侧滑;蹬左舵,飞机产生右侧滑。
飞机的横侧操纵性是指在飞行员操纵副翼后,飞机绕纵轴滚转而改变滚转角速度、坡度等飞行状态的特性。
比如:
飞行员向左压驾驶盘,右副翼下偏,右翼升力增大,左副翼上偏,左翼升力减小,两翼升之差,形成横侧操纵力矩,使飞机向左加速滚转。
飞机的操纵性不是一成不变的,它要受到许多因素的制约,影响飞机操纵性的因素有飞机重心位置的前后移动、飞行的速度、飞行高度、迎角等。
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