航空飛行器飛行定義及原理

1、航空飛行器飛行定義及原理一、飛行器的分類:1. 輕于空氣的航空器輕于空氣的航空器包括氣球和水艇。他們的升空和飛行是靠空氣的浮力或靜力。與船漂浮在水面上一樣，都遵循阿基米德原理，即浸沒在流體中的物體受到包圍它的流體的一種浮力作用，其浮力的大小等于該物體所排出的同體積流體的重力。氣球由氣囊和吊籃（吊艙）組成，分為熱氣球和氫氣球（氦氣球），主要用于高空探測和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。氣球沒有動力裝置，升空后只能隨風(fēng)飄動或被系留在固定位置上。飛艇又稱可操縱氣球，飛行路線可以控制。它由巨大的流線艇體、裝載人或物的吊艙、起穩(wěn)定控制作用的安定面和操縱面以及推進(jìn)裝置四部分組成，主要用來運(yùn)輸、旅游和航空運(yùn)動。2. 重于空氣

2、的航空器重于空氣的航空器是自身與空氣之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生的升力升空飛行的。這種航空器主要有兩類; 固定翼航空器和旋翼航空器。前者包括飛機(jī)和滑翔機(jī)，后者包括直升機(jī)和旋翼機(jī)。飛機(jī)是依靠由動力裝置產(chǎn)生前進(jìn)推力 （或拉力）、由固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，在大氣層中飛行的航空器。滑翔機(jī)在飛行原理與構(gòu)造形式上與飛機(jī)基本相同，只是它沒有動力裝置和推進(jìn)裝置，一般由彈射或拖拽升空，然后靠有利熱氣流 ( 位能轉(zhuǎn)變動能 ) 繼續(xù)飛行。直升機(jī)是已動力驅(qū)動的旋翼作為主要升力來源，能垂直起落的航空器。在重于空氣的航空器中，固定翼飛機(jī)和直升機(jī)是兩種獲得廣泛應(yīng)用的航空器。二、飛機(jī)的功能和結(jié)構(gòu)1. 飛機(jī)的功能飛機(jī)按其功能可分為軍用飛機(jī)、民

3、用飛機(jī)和科研飛機(jī)三大類。在軍用飛機(jī)包括殲擊機(jī)（戰(zhàn)斗機(jī)）、轟炸機(jī)（攻擊機(jī)）、軍用運(yùn)輸機(jī)、偵察機(jī)預(yù)警機(jī)、電子對抗機(jī)、反潛機(jī)、空中加油機(jī)和救護(hù)機(jī)等。軍用飛機(jī)的功能主要是完成空中攔擊、偵查、轟炸、攻擊、預(yù)警、反潛、電子干擾、 軍事運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。軍用飛機(jī)的種類繁多，發(fā)展最迅速，新技術(shù)應(yīng)用也最快。民用飛機(jī)是指非軍事用途的飛機(jī)，包括商業(yè)用的旅客及和貨運(yùn)飛機(jī)，它們已成為一種快速、方便、舒適、安全的交通運(yùn)輸工具；還有以下通用航空中使用的飛機(jī)，如用于農(nóng)業(yè)作業(yè)、護(hù)林造林、救災(zāi)、醫(yī)療救護(hù)、空中偵測和體育活動等。2. 飛機(jī)的結(jié)構(gòu)（1）機(jī)體機(jī)體包括機(jī)翼、機(jī)身及尾翼部件1.1機(jī)翼機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的主要部件。通常在機(jī)翼上有用

4、于橫向操縱的副翼和擾流片，機(jī)翼前后緣部分還設(shè)有各種形式的襟翼，用于增加升力和改變機(jī)翼升力的分布。1.2尾翼尾翼通常在飛機(jī)尾部，分為水平尾翼和垂直尾翼兩部分。個別飛機(jī)的尾翼設(shè)計成V 形，它兼起縱向和航向穩(wěn)定，操縱的作用，稱為V 形尾翼。一般水平尾翼由水平安定面和升降舵組成，垂直尾翼由垂直安定面和方向舵組成。1.3機(jī)身機(jī)身處于飛機(jī)的中央，它將機(jī)翼、尾翼、動力裝置和起落架等部件連成一個整體，構(gòu)成飛機(jī)，機(jī)身主要用于容納人員、貨物、武器和設(shè)備等。但是機(jī)身并不是飛機(jī)不可缺少的部件，早期飛機(jī)僅有一個連接各部件的構(gòu)架，這樣的機(jī)身在初級滑翔機(jī)或超輕型飛機(jī)上還可以見到。后來為了減少阻力，發(fā)展成為流線外形的機(jī)身，并

5、用以容納人員以及設(shè)備和貨物等體積較大的物體。如果飛機(jī)足夠大，能將人員、貨物和燃油等全部裝在機(jī)翼內(nèi)部，則可以取消機(jī)身， 成為飛翼式飛機(jī)，簡稱飛翼。（ 2）起落架起落架是飛機(jī)起飛，著陸滑跑和在地面（或水面）停放時支持飛機(jī)的裝置，一般由承力支柱、減震器、帶剎車的機(jī)輪（或滑橇）和收放機(jī)構(gòu)組成。在低速飛機(jī)上用不可回收的固定式起落架以減輕重量，在支柱和機(jī)輪上有時裝整流罩以減小阻力。在陸地上或艦上起落的飛機(jī)用機(jī)輪，在冰上或雪地起落的飛機(jī)用滑橇代替機(jī)輪，浮筒式水上飛機(jī)代之以浮筒。（ 3）操縱系統(tǒng)操縱系統(tǒng)包括駕駛桿、腳蹬、拉桿、搖臂或鋼索和滑輪等。駕駛桿控制升降舵（或全動水平尾翼）和副翼，腳蹬控制方向舵。為了改

6、善操縱性和穩(wěn)定性，現(xiàn)代飛機(jī)操縱系統(tǒng)中還配備有各種助理系統(tǒng)（液壓的和電動的）、穩(wěn)定裝置、電傳操縱系統(tǒng)和自動駕駛儀等。（ 4）動力裝置動力裝置包括產(chǎn)生推力的發(fā)動機(jī)和保證發(fā)動機(jī)正常工作的所需的附件和系統(tǒng)， 期中包括發(fā)動機(jī)的啟動、 操縱、固定、燃油、滑油、散熱、防火、滅火、進(jìn)氣和排氣裝置或系統(tǒng)。現(xiàn)代飛機(jī)上應(yīng)用最多的是渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)。（ 5）機(jī)載設(shè)備機(jī)載設(shè)備包括飛行儀表、通信、導(dǎo)航、環(huán)境控制、生命保障和能源供給等設(shè)備以及與飛機(jī)用途有關(guān)的一些機(jī)載設(shè)備，如戰(zhàn)斗機(jī)的武器和火控系統(tǒng)、客機(jī)的客艙生活服務(wù)設(shè)施等。不同類別的航空器，其構(gòu)成情況有所不同。如滑翔機(jī)，則無動力裝置，對飛艇，

7、升力是靜浮力，而直升機(jī)的升力由旋翼產(chǎn)生，因此它們均無機(jī)翼。但總的來說，其組成情況是類似的。三、飛機(jī)的飛行原理1. 伯努利定律飛機(jī)是如何翱翔在天際的，首先要明白一個定理，即伯努利定理。在一個流體系統(tǒng)，比如氣流、水流中，流速越快，流體產(chǎn)生的壓力就越小， 這就是被稱為 “流體力學(xué)之父”的丹尼爾·努利 1738 年發(fā)現(xiàn)的“伯努利定理” 。伯努利定理的內(nèi)容是：由不可壓、理想流體沿流管作定常流動時的伯努利定理知，流動速度增加，流體的靜壓將減小；反之，流動速度減小， 流體的靜壓將增加。 但是流體的靜壓和動壓之和，稱為總壓始終保持不變。伯努利定理是飛機(jī)起飛原理的根據(jù)。于是，根據(jù)伯努利定理，當(dāng)飛機(jī)滑動

8、時，機(jī)翼上側(cè)的空氣壓力要小于下側(cè)， 這就使飛機(jī)產(chǎn)生了一個向上的升力 （負(fù)壓力）。當(dāng)飛機(jī)滑行到一定速度時，這個升力就達(dá)到了足以使飛機(jī)飛起來的力量。于是，飛機(jī)就上了天。所以可以這樣說，飛機(jī)的升空不是托上天的，而是被“壓”上天的。2. 升力的產(chǎn)生飛機(jī)的升力絕大部分是由機(jī)翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機(jī)其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮。從上圖我們可以看到：空氣流到機(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上、下表面流過，在機(jī)翼后緣重新匯合向后流去。機(jī)翼上表面比較凸出， 流管較細(xì)，說明流速加快， 壓力降低。而機(jī)翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。這里我們就引用到了上述兩個定理。于是機(jī)

9、翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機(jī)翼的升力。這樣重于空氣的飛機(jī)借助機(jī)翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力，從而翱翔在藍(lán)天上了。3. 滑翔機(jī)的飛行原理滑翔機(jī)是指不依靠動力裝置飛行的重于空氣的固定翼航空器，起飛后僅依靠空氣作用于其升力面上的反作用力進(jìn)行自由飛行，大多沒有動力裝置?？捎娠w機(jī)拖曳起飛，也可用絞盤車或汽車牽引起飛，還可從高坡上下滑到空中。在無風(fēng)情況下，滑翔機(jī)在下滑飛行中依靠自身重力的分量獲得前進(jìn)動力；在上升氣流中，滑翔機(jī)可像老鷹展翅那樣平飛或升高?；铏C(jī)具有與飛機(jī)顯著不同的狹長機(jī)翼（即較大的機(jī)翼展弦比），機(jī)身外形細(xì)長，呈流線體。高級滑翔機(jī)的機(jī)翼展弦比可

10、達(dá) 30 以上，在設(shè)計上趨向于駕駛員躺臥艙中，以便減小機(jī)身截面積。機(jī)體表面光滑，甚至打蠟，借以提高滑翔機(jī)的升阻比， 減小滑翔飛行中的下滑角。 人們常用滑翔比 （滑翔中前進(jìn)距離與下沉高度之比）來衡量滑翔性能的優(yōu)劣。由滑翔飛行的平衡關(guān)系可知，滑翔比與升阻比相等?，F(xiàn)代高級滑翔機(jī)的升阻比最高已超過 50。有的滑翔機(jī)機(jī)翼上還裝有可操縱打開的減速板，用于在必要時增加阻力，或是在著陸下滑時調(diào)整下滑角，以便在指定地點(diǎn)準(zhǔn)確著陸。動力滑翔機(jī)裝有小型輔助發(fā)動機(jī)，不須外力牽引即可自行起飛，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定高度時關(guān)閉發(fā)動機(jī)進(jìn)行基本的滑翔飛行。動力滑翔機(jī)可提高訓(xùn)練飛行的效率和安全性。三、飛行狀態(tài)1. 定義對飛行狀態(tài)的分析，就是把飛行狀態(tài)分解為重心運(yùn)動狀態(tài)和繞重心狀態(tài)運(yùn)動狀態(tài)。例如，飛機(jī)飛機(jī)平飛， 對它的飛行狀態(tài)分析是: 重心在一水平面上作勻速直線運(yùn)動，沒有繞重心的運(yùn)動。通過分析就很容易確定力和力矩的相互關(guān)系，勻速直線爬升和直線滑翔的情況也是如此。再如，飛機(jī)波狀飛行，對它飛行狀態(tài)的分析是 : 重心運(yùn)動軌跡向下的波浪線，速度隨波浪的周期性而變化；模型繞橫軸作周期性的往返運(yùn)動。由此再進(jìn)一步找出轉(zhuǎn)動、速度、軌跡間