飛行原理和性能

飛行器的飛行原理和飛行性能飛行原理一、 飛機(jī)的升力和阻力飛機(jī)是重于空氣的飛行器，當(dāng)飛機(jī)飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機(jī)的空氣動力，飛機(jī)就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機(jī)升力和阻力的產(chǎn)生之前，我們還要認(rèn)識空氣流動的特性，即空氣流動的基本規(guī)律。流動的空氣就是氣流，一種流體，這里我們要引用兩個流體定理：連續(xù)性定理和伯努利定理：流體的連續(xù)性定理：當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細(xì)不等的管道時，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。連續(xù)性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關(guān)系。伯努利定理基本內(nèi)容：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。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)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。機(jī)翼升力的產(chǎn)生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，一般機(jī)翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只占總升力的20-40%左右。飛機(jī)飛行在空氣中會有各種阻力，阻力是與飛機(jī)運動方向相反的空氣動力，它阻礙飛機(jī)的前進(jìn)，這里我們也需要對它有所了解。按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力和干擾阻力。摩擦阻力一一空氣的物理特性之一就是粘性。當(dāng)空氣流過飛機(jī)表面時，由于粘性，空氣同飛機(jī)表面發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個阻止飛機(jī)前進(jìn)的力，這個力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，決定于空氣的粘性，飛機(jī)的表面狀況，以及同空氣相接觸的飛機(jī)表面積。空氣粘性越大、飛機(jī)表面越粗糙、飛機(jī)表面積越大，摩擦阻力就越大。壓差阻力一一人在逆風(fēng)中行走，會感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機(jī)的機(jī)身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。誘導(dǎo)阻力一一升力產(chǎn)生的同時還對飛機(jī)附加了一種阻力。這種因產(chǎn)生升力而誘導(dǎo)出來的阻力稱為誘導(dǎo)阻力，是飛機(jī)為產(chǎn)生升力而付出的一種“代價”。其產(chǎn)生的過程較復(fù)雜這里就不在詳訴。干擾阻力一一它是飛機(jī)各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。這種阻力容易產(chǎn)生在機(jī)身和機(jī)翼、機(jī)身和尾翼、機(jī)翼和發(fā)動機(jī)短艙、機(jī)翼和副油箱之間。以上四種阻力是對低速飛機(jī)而言，至于高速飛機(jī)，除了也有這些阻力外，還會產(chǎn)生波阻等其他阻力。二、 影響升力和阻力的因素升力和阻力是飛機(jī)在空氣之間的相對運動中（相對氣流）中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有：機(jī)翼在氣流中的相對位置（迎角）、氣流的速度和空氣密度以及飛機(jī)本身的特點（飛機(jī)表面質(zhì)量、機(jī)翼形狀、機(jī)翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等）。迎角對升力和阻力的影響一一相對氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，升力增大：超過臨界臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超過臨界迎角，阻力急劇增大。飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響——飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例，即速度增大到原來的兩倍，升力和阻力增大到原來的四倍：速度增大到原來的三倍，勝利和阻力也會增大到原來的九倍。空氣密度大，空氣動力大，升力和阻力自然也大?？諝饷芏仍龃鬄樵瓉淼膬杀叮妥枇σ苍龃鬄樵瓉淼膬杀?，即升力和阻力與空氣密度成正比例。機(jī)翼面積，形狀和表面質(zhì)量對升力、阻力的影響一一機(jī)翼面積大，升力大，阻力也大。升力和阻力都與機(jī)翼面積的大小成正比例。機(jī)翼形狀對升力、阻力有很大影響，從機(jī)翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機(jī)翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置到機(jī)翼結(jié)冰都對升力、阻力影響較大。還有飛機(jī)表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響，飛機(jī)表面相對光滑，阻力相對也會較小，反之則大.飛機(jī)的飛行性能飛機(jī)的飛行性能包括：最?。ù螅┢斤w速度、巡航速度、航程、靜升限等最小平飛速度：取決于飛機(jī)的最大升力系數(shù)的大小，它對飛機(jī)的起降性能以及在空氣中作低速飛行時的安全性有重要影響。最大平飛速度：是一架飛機(jī)能飛多快的指標(biāo)。具體講的是指在水平直線飛行條件下，在一定的飛行距離內(nèi)（一般應(yīng)不小于3km），發(fā)動機(jī)推力為最大狀態(tài)（如果有加力燃燒室，則在開加力的狀態(tài)）下，飛機(jī)所能達(dá)到的最大平衡飛行速度。由于發(fā)動機(jī)推力大小還與飛行高度有關(guān)，所以最大平飛速度應(yīng)取不同高度中的最大值。巡航速度：是發(fā)動機(jī)每公里消耗油量最小情況下的飛行速度。這個速度一般為飛機(jī)最大平飛速度的70%?80%，巡航速度狀態(tài)的飛行最經(jīng)濟(jì)而且飛機(jī)的航程最大。這是衡量遠(yuǎn)程轟炸機(jī)和運輸機(jī)性能的一個重要指標(biāo)。當(dāng)飛機(jī)以最大平飛速度飛行時，此時發(fā)動機(jī)的油門開到最大，若飛行時間太長就會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的損壞，而且消耗的燃油太多，所以一般只是在戰(zhàn)斗中使用，而飛機(jī)作長途飛行時都是使用巡航速度。最大爬升率：是指飛機(jī)在單位時間內(nèi)所能上升的最大高度。爬升率的大小主要取決與發(fā)動機(jī)推力的大小。當(dāng)殲擊機(jī)的最大爬升率較高時，就可以在戰(zhàn)斗中迅速提升到有利的高度，對敵機(jī)實施攻擊，因此最大爬升率是衡量殲擊機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。理論升限：是指飛機(jī)能進(jìn)行平飛的最大飛行高度，此時爬升率為零。由于達(dá)到這一高度所需的時間為無窮大，故稱為理論升限。實用升限：是指飛機(jī)在爬升率為5m/s時所對應(yīng)的飛行高度。升限對于轟炸機(jī)和偵察機(jī)來說有相當(dāng)重要的意義，飛得越高就越安全。航程：在載油量一定情況下，以巡航速度所能飛越多距離稱為航程（嚴(yán)格講，還應(yīng)加上起飛爬升段以及從巡航高度下滑到著陸電的水平距離等）。巡航速度顯然要大于最小平飛速度，小于最大平飛速度。航程是一架飛機(jī)能飛多遠(yuǎn)的指標(biāo)。轟炸機(jī)和運輸機(jī)的航程是設(shè)計中的最主要性能要求。提高航程的主要辦法是減小發(fā)動機(jī)的燃燒消耗率。在總重一定的情況在，減小結(jié)構(gòu)重量，增加飛機(jī)載油量可以增大航程。此外，安裝可以扔掉的副油箱，也可以增加飛機(jī)的航程。活動半徑：對軍用飛機(jī)也叫作戰(zhàn)半徑，是指飛機(jī)由機(jī)場起飛，到達(dá)某一空中位置，并完成一定任務(wù)（如空戰(zhàn)、投彈等）后返回原機(jī)場所能達(dá)到的最遠(yuǎn)單程距離。飛機(jī)的活動半徑略小于其航程的一半，這一指標(biāo)直接構(gòu)成了殲擊機(jī)的戰(zhàn)斗性能。續(xù)航時間：是指飛機(jī)耗盡其可用燃料所能持續(xù)飛行的時間。飛機(jī)起飛著陸的性能優(yōu)劣主要是看飛機(jī)在起飛和著陸時滑跑距離的長短，距離越短則性能優(yōu)越。飛機(jī)的靜升限：一架飛機(jī)能飛多高的一個指標(biāo)。在一定飛行高度上，只要平飛速度小于該高度上的最大平飛速度，則飛機(jī)一定具有未被利用的剩余推力△F，可用來供飛機(jī)作等速爬升用。一方面，當(dāng)飛機(jī)重量一定時，飛行高度增加，飛機(jī)迎角以及升力系數(shù)必須增加，因而飛機(jī)的阻力迅速增大；另一方面，