飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課件：飛行過程與狀態(tài)描述

飛行過程與狀態(tài)描述《飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)》目錄10.3氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響10.2機(jī)場起降模式(五邊飛行)10.4飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)10.1飛機(jī)的飛行過程10.1

飛機(jī)的飛行過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

飛機(jī)完成一次飛行任務(wù)要經(jīng)歷起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)場和著陸等過程，如圖10-1所示，飛行過程中飛行姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有所不同圖10-1飛機(jī)飛行過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

1．起飛過程飛機(jī)從靜止、開始滑行(Taxi)、離開地面、上升到安全高度的運(yùn)動(dòng)過程，叫作起飛(Takeoff)過程。現(xiàn)代噴氣式飛機(jī)的起飛過程包含地面加速滑跑、離地、加速爬升3個(gè)階段，如圖10-2所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，起飛與著陸離地最近且大氣的氣候條件變化最為劇烈，所以是飛行意外發(fā)生最多的兩個(gè)過程。圖10-2飛機(jī)起飛過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

起飛過程中，飛機(jī)先滑行到起飛線，剎住機(jī)輪，襟翼放到起飛位置，并使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加到最大值，然后松開剎車，飛機(jī)在推力作用下開始加速滑跑。當(dāng)滑跑速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，飛行員向后拉駕駛桿，抬起前輪，增大迎角，飛機(jī)只用兩個(gè)主輪繼續(xù)滑跑，機(jī)翼的升力隨著滑跑速度的增加而增大。當(dāng)其值等于重力時(shí)，飛機(jī)便離開地面，加速爬升。當(dāng)飛機(jī)上升到10~15m高度收起起落架，上升到25m高度后起飛階段結(jié)束。起飛過程各階段經(jīng)歷的水平距離總和，稱為起飛距離。起飛距離越短越好，這樣可以減少跑道的長度，從而降低建筑機(jī)場的費(fèi)用，而起飛距離與重力(包含飛機(jī)自身的重力、裝載量以及加油量)、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、大氣條件、跑道狀況以及增升裝置的使用有密切的關(guān)系。

10.1

飛機(jī)的飛行過程

現(xiàn)代民用客機(jī)為了安全起見，都使用雙發(fā)或更多發(fā)動(dòng)機(jī)。起飛過程難免發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)故障，這時(shí)必須觀察飛機(jī)的速度，以決定是否中止起飛過程，我們稱此速度為飛機(jī)的起飛決斷速度(Take-off

decision

speed)V1如果速度大于V1

，飛行員不能中斷起飛，待先起飛后再處理故障帶來的問題。因?yàn)橐坏┲袛嗥痫w，飛機(jī)的剎車無法使其在有限跑道長度內(nèi)停止而容易沖出跑道。如果速度小于則必須放棄起飛。如圖10-3所示。VEF

—發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)速度；V1

—起飛決斷速度；VR

—仰轉(zhuǎn)速度；VLO

—升空速度圖10-3飛機(jī)起飛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)失效處置方式

10.1

飛機(jī)的飛行過程

2．爬升過程起飛過程結(jié)束后，

逐步升高到一定預(yù)定高度(巡航高度，Cruisingaltitude)的過程，稱為爬升(Climb)

過程。飛機(jī)的爬升方式有兩種：一種是以固定的角度持

續(xù)爬升達(dá)到預(yù)定高度，另一種是階段式爬升，也就是飛機(jī)爬升到一定高度后，即以水平飛行的方式來增加速度，然后再爬升到下一個(gè)高度，經(jīng)過幾個(gè)階段后爬升到預(yù)定高度。以固定的角度持續(xù)爬升方式的好處是節(jié)省時(shí)間，但發(fā)動(dòng)機(jī)所需的功率大，燃料消耗大。使用階段式爬升

方式的好處是爬升過程中的升力隨著速度的增加而增加，而且燃油的消耗使得飛機(jī)的重力不斷降低，這種方式最節(jié)省燃料，如圖10-4所示。圖10-4飛機(jī)起飛過程中發(fā)動(dòng)機(jī)失效處置方式

10.1

飛機(jī)的飛行過程

3．巡航過程飛機(jī)的巡航(Cruise)過程是指飛機(jī)完成起飛與爬升過程后進(jìn)入預(yù)定高度的飛行過程。飛行的大部分時(shí)間都處于這個(gè)過程中，并保持在一定的飛行高度。飛機(jī)達(dá)到預(yù)定高度后，飛行員收小油門，降

低迎角，使飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)為水平等速，我們稱之為平飛。理論上，在沒有受到氣候變化或者其他因素影響假設(shè)下，飛行員可以按照選定的航線保持特定的速度和姿態(tài)飛行。最為經(jīng)濟(jì)的速度，

就是巡航速度，如圖10-5所示。圖10-5飛機(jī)巡航過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

巡航過程是飛行時(shí)間最長的過程，飛行員只需進(jìn)行必要的監(jiān)控，這個(gè)過程中的

飛行事故率相對(duì)較低。依據(jù)執(zhí)行任務(wù)的需求，巡航速度可分成遠(yuǎn)航速度和久航速度。遠(yuǎn)航速度(Maximum

travel

range

speed)是指每單位千米耗油量最小的平飛速

度，也就是航程最遠(yuǎn)的巡航速度，而久航速度(Maximum

travel

time

speed)則

是指每單位時(shí)間耗油量最小的平飛速度，也就是可以獲得最長航時(shí)或滯空時(shí)間最長的巡航速度。任務(wù)要求不一樣，飛行員選定的巡航速度也就不一樣，而且巡航速度也并不是唯一的固定值，它隨著飛機(jī)重力(裝載量與燃油量)、飛行距離、經(jīng)濟(jì)性以及任務(wù)需求等改變。

10.1

飛機(jī)的飛行過程

4．下降過程下降(Descent)是指飛機(jī)接近目的地時(shí)，從巡航高度開始下降，最后到達(dá)進(jìn)場高度或指示其空中待命的空

域?yàn)橹梗@個(gè)飛行過程稱為下降，如圖10-6所示。飛機(jī)在機(jī)場上空由地面管制人員指揮對(duì)準(zhǔn)跑道(Runway)準(zhǔn)備著陸的飛行階段稱為進(jìn)近或進(jìn)場(Approach)階段。跑道方向是固定的，而飛機(jī)從四面八方接近機(jī)場，這時(shí)必須按照空中交通管制中心規(guī)定的下滑線進(jìn)場著陸，因此有些飛機(jī)得先圍場轉(zhuǎn)圈，待調(diào)整好方向后才能對(duì)準(zhǔn)跑道進(jìn)場著陸。有時(shí)下滑線和跑道被占用，著陸飛機(jī)就得接受空中交通管制部門的指揮，盤旋等待按照順序著陸。機(jī)場上空如果天氣不佳，能見度偏低，飛機(jī)也會(huì)在機(jī)場上空轉(zhuǎn)圈等待，直到接到空中交通管制部門允許著陸的命令，才能調(diào)整方向進(jìn)場著陸。

等待進(jìn)場的飛行階段稱為空中待命(Holding)。圖10-6飛機(jī)下降過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

5．著陸過程飛機(jī)的著陸過程主要由下滑、拉平、平飛減速、飄落觸地和地面減速滑跑5個(gè)階段組成，從下滑直到完全停止為止經(jīng)過的距離稱為著陸距離，如圖10-7所示。圖10-7飛機(jī)著陸過程

10.1

飛機(jī)的飛行過程

飛機(jī)在降落前在大約離地300m的高度放下起落架，在200m左右的高度放下襟翼，轉(zhuǎn)入下滑狀態(tài)，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小到最小轉(zhuǎn)速。接近地面6~7m時(shí)，飛行員將駕駛桿向后拉使得飛機(jī)轉(zhuǎn)入平飛狀態(tài)，并開始平飛減速。這個(gè)階段的飛機(jī)迎角不斷增加，讓升力等于重力使其不斷減速，當(dāng)迎角增加到最大迎角時(shí)，隨著飛機(jī)速度降低，

升力小于重力，飛機(jī)下沉而逐漸觸地，這就是飄落觸地階段。飄落時(shí)機(jī)輪觸地的瞬間速度就是觸地速度，如果觸地速度過大，可能造成起落架和機(jī)體受力結(jié)構(gòu)損壞，也會(huì)使得著陸距離過長，導(dǎo)致飛機(jī)沖出跑道的事故發(fā)生，所以這個(gè)速度越小越好。飛機(jī)在機(jī)輪觸地后即轉(zhuǎn)成地面滑跑階段，由于空氣阻力、地面摩擦力以及機(jī)輪剎車等作用，滑跑速度不斷減小，直到完全停止運(yùn)動(dòng)，整個(gè)著陸過程就告結(jié)束。為了縮短著陸距離，可采用增升裝置以降低觸地速度，滑跑的階段也使用擾流板(阻力板)、反推力裝置(噴氣式飛機(jī))、反槳裝置(螺旋槳飛機(jī))與剎車等裝置來減少距離。

10.1

飛機(jī)的飛行過程

6．盤旋與重飛(1)盤旋的定義與執(zhí)行時(shí)機(jī)所謂盤旋(Circling)是指飛機(jī)在著陸前，

為了安全降落在水平面所做的等速圓周飛行動(dòng)作。通常飛機(jī)會(huì)為了滿足航情需求、氣候條件以及飛行安全等而執(zhí)行盤旋。①航情需求：有的時(shí)候，著陸的飛機(jī)很多，但是下滑線和跑道被占用，所以必須盤旋等待空中交通管制部門的指揮按順序著陸。當(dāng)然飛機(jī)在起飛時(shí)，也需要盤旋調(diào)整方向以便朝既定的航向飛行。②氣候條件：如果機(jī)場上空天氣不佳或能見度偏低，飛機(jī)必須在機(jī)場上空盤旋等待，直到接到空中交通管制部門允許著陸的命令，才調(diào)整方向進(jìn)場著陸。如果飛行員在持續(xù)等待后仍然無法降落，就必須轉(zhuǎn)往其他備降的機(jī)場。③飛行安全要求：除了直升機(jī)或特殊戰(zhàn)斗機(jī)，一般的飛機(jī)多半無法停留在空中的定點(diǎn)，只能依靠盤旋來爭取時(shí)間。當(dāng)飛機(jī)準(zhǔn)備動(dòng)作沒有全部完成，不能繼續(xù)進(jìn)場程序時(shí)，飛行員會(huì)向航管要求繼續(xù)盤旋。如果重力增加，飛機(jī)著陸時(shí)必須達(dá)到的空氣動(dòng)力要求也會(huì)跟著提高

10.1

飛機(jī)的飛行過程

(2)重飛的定義與執(zhí)行時(shí)機(jī)重飛(Go-around或Missed

approach)是指飛機(jī)在即將著陸前，出于飛行安全考慮，將機(jī)頭

拉起重新起飛的動(dòng)作。如果飛機(jī)著陸觸地后再行重飛，則此重飛動(dòng)作稱為觸地重飛(Touchandgo)，觸地重飛動(dòng)作在訓(xùn)練飛行及特技飛行時(shí)使用。通常飛機(jī)因?yàn)楹焦苤甘九c機(jī)師要求等因素導(dǎo)致無法安全落地而執(zhí)行重飛動(dòng)作。①航管指示如果在著陸時(shí)，空中交通管制部門發(fā)現(xiàn)該飛機(jī)與前方降落或起飛的飛機(jī)間隔不足，或者跑道上有其他飛機(jī)或障礙物，認(rèn)為該飛機(jī)無法安全落地，就會(huì)要求飛行員執(zhí)行重飛的動(dòng)作。②機(jī)師要求如果在著陸時(shí)，機(jī)場上空的能見度低于可著陸的最低標(biāo)準(zhǔn)或者側(cè)風(fēng)過大、低空風(fēng)切，以及遇到突如其來的系統(tǒng)失效等機(jī)械故障問題時(shí)，飛行員認(rèn)為現(xiàn)階段無法將安全降落，會(huì)以無線電聯(lián)絡(luò)空中交通管制部門報(bào)告重飛，并在指定的空域待命以再度取得航管頒發(fā)進(jìn)場降落許可。

10.1

飛機(jī)的飛行過程

【例10-1】試寫出Taxi、Takeoff、Climb、Cruise、

Descent、Approach、

Landing

以及Go-around的中文意思并說明代表的含義【解答】(1)Taxi的中文意思為滑行，它是指飛機(jī)在起飛或著陸過程中加速或減速滑跑的動(dòng)作。(2)Takeoff的中文意思為起飛，它是指飛機(jī)從靜止開始滑行至離開地面并且上升到安全高度的加速運(yùn)動(dòng)過程。(3)Climb的中文意思為爬升，它是指飛機(jī)從起飛過程結(jié)束后，逐步升高到巡航高度的過程。(4)Cruise的中文意思為巡航，它是指飛機(jī)爬升到預(yù)定高度后，保持水平等速飛行狀態(tài)的飛行過程。(5)Descent的中文意思是下降，它是指飛機(jī)接近目的地時(shí)，巡航高度開始漸漸減低，最后到達(dá)進(jìn)場高度或指示其待命空域的飛行過程。(6)Approach的中文意思是進(jìn)場，它是指飛機(jī)在機(jī)場上空由地面管制人員指揮對(duì)準(zhǔn)跑道準(zhǔn)備著陸的飛行階段。(7)Landing的中文意思是著陸，它是指飛機(jī)自進(jìn)場階段至觸地后靜止的飛行過程。(8)Go-around的中文意思是重飛，它是指飛機(jī)在即將著陸觸地前，因飛行安全的緣故，將機(jī)頭拉起重新起飛的飛行動(dòng)作。10.2

機(jī)場起降模式(五邊飛行)

10.2

機(jī)場起降模式(五邊飛行)

飛機(jī)在機(jī)場的起降過程必須按照一定的航線飛行，

這種飛行航線叫作起降航線。飛機(jī)的起降航線由5段組成，每一航段稱為一個(gè)邊，在機(jī)場起降的飛行模式稱為五邊飛行(Airfieldtrafficpattern)，如圖10-8所示。除了特大型的機(jī)場，所有的機(jī)場都使用五邊飛行的起降模式來確保安全與順暢。圖10-8五邊飛行起降模式

10.2

機(jī)場起降模式(五邊飛行)

標(biāo)準(zhǔn)的五邊飛行模式是逆時(shí)針方向，但是為了應(yīng)付各種障礙，避開山丘或者減少對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裨肼?，順時(shí)針方向的五邊飛行模式也可以存在。飛機(jī)在機(jī)場起降時(shí)，地面的空中交通管制員(塔臺(tái)管制員)指示飛行員如何進(jìn)入或離開這個(gè)模式。五邊飛行模式必須在特定的飛行高度執(zhí)行，通常為240~350m。五邊飛行是飛機(jī)起降的必須遵循的飛行模式，所以它是飛行員飛行訓(xùn)練中必須學(xué)習(xí)的重要課程。在此訓(xùn)練課程中，飛行員可以學(xué)習(xí)起飛、爬升、轉(zhuǎn)向、平飛、下降及著陸等重要的飛行技巧。10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

大氣層的氣流與氣象條件可能對(duì)飛行性能與穩(wěn)定度造成影響，最直接影響飛機(jī)操作和飛行安全的航空氣象因素，大致可歸納為風(fēng)、云、雨、雪、冰、雹、空氣密度、大氣濕度和其他顯著天氣危害如濃霧引起的低能見度以及飛機(jī)穿過云層積冰等。1．風(fēng)對(duì)飛機(jī)飛行的影響大氣氣候所造成空氣的流動(dòng)，我們稱之為風(fēng)(Wind)，風(fēng)的流動(dòng)速度則稱為風(fēng)速(Wind

speed)。如果依照風(fēng)作用時(shí)間的長短來做區(qū)分，一般可以將其分成陣風(fēng)與穩(wěn)定風(fēng)。(1)陣風(fēng)對(duì)飛機(jī)飛行的影響①

陣風(fēng)的定義在飛機(jī)飛行環(huán)境中，大氣層內(nèi)空氣短時(shí)間強(qiáng)烈對(duì)流產(chǎn)生的擾動(dòng)稱為陣風(fēng)。迎頭或從飛機(jī)后面吹來的與飛機(jī)飛行方向平行的陣風(fēng)，我們稱為水平陣風(fēng)，從側(cè)面吹來的陣風(fēng)叫作側(cè)向陣風(fēng)，而由下向上或由上向下吹來的垂直飛行方向的陣風(fēng)則稱為垂直陣風(fēng)。陣風(fēng)會(huì)暫時(shí)與瞬間地改變飛機(jī)的飛行速度與迎角，從而改變作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力，使得飛機(jī)產(chǎn)生顛簸并承受較大的氣動(dòng)力負(fù)載。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

②陣風(fēng)對(duì)飛行的影響水平陣風(fēng)只改變來流的速度，陣風(fēng)速度不是很大時(shí)對(duì)飛機(jī)的飛行影響較小。側(cè)向陣風(fēng)會(huì)破壞飛機(jī)側(cè)向氣動(dòng)

力的平衡，

導(dǎo)致飛機(jī)側(cè)滑，造成飛機(jī)左右搖晃。一般而言，除了起飛與下降過程外，側(cè)向陣風(fēng)對(duì)飛機(jī)的飛行影響不大，而垂直陣風(fēng)不但改變飛機(jī)的速度，還影響飛行迎角。對(duì)于小速度大迎角的飛行而言，

如果遇到速度較大的垂直向上的陣風(fēng)，飛機(jī)的飛行迎角可能瞬間增大到臨界迎角，

造成失速(Stall)，如圖10-9所示。綜上可知，在相同的風(fēng)速的情況下，垂直陣風(fēng)對(duì)飛行造成的影響會(huì)比水平陣風(fēng)的影響來得大。圖10-9垂直陣風(fēng)對(duì)飛行迎角的影響

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

(2)穩(wěn)定的風(fēng)場對(duì)飛機(jī)飛行的影響①

順逆風(fēng)向?qū)︼w機(jī)起飛和著陸的影響風(fēng)向?qū)︼w機(jī)起飛和著陸的影響主要表現(xiàn)在起飛與著陸的距離。a.順逆風(fēng)的定義：如圖10-10所示，所謂順風(fēng)(Downwind)是指風(fēng)的流動(dòng)方向與飛機(jī)的飛行的方向相同，而逆風(fēng)(Upwind)則是指風(fēng)的流動(dòng)方向與飛機(jī)的飛行方向相反。飛機(jī)在起飛與著陸的過程中，如果沿著跑道的方向有風(fēng)，一般應(yīng)該逆風(fēng)。(a)順風(fēng)

(b)逆風(fēng)圖10-10順、逆風(fēng)定義

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

b.逆風(fēng)起飛和著陸的用意飛機(jī)順風(fēng)時(shí)，相對(duì)氣流的速度與風(fēng)的速度呈抵消關(guān)系，相對(duì)風(fēng)的速度減小，如圖10-11(a)所示。反之如果在逆風(fēng)的情況下，來流的速度與風(fēng)的速度呈迭加關(guān)系，相對(duì)風(fēng)的速度增加，如圖10-11(b)所示。逆風(fēng)起飛可以使飛機(jī)以較短的滑跑距離達(dá)到要求的空速，獲得起飛時(shí)所需要的升力，這就是俗話說“逆風(fēng)高飛”的原因。飛機(jī)采用逆風(fēng)著陸，則可以增加阻力，減少著陸時(shí)滑跑距離(a)順風(fēng)

(b)逆風(fēng)圖10-11順逆風(fēng)時(shí)相對(duì)氣流速度變化

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

②

順逆風(fēng)飛行對(duì)航時(shí)的影響飛機(jī)在高空飛行時(shí)，風(fēng)對(duì)飛行的影響主要表現(xiàn)在燃油重力和商載重力的調(diào)整。飛機(jī)在順風(fēng)時(shí)地速等于來流的速度加上風(fēng)速，而在順風(fēng)時(shí)地速等于來流的速度減風(fēng)速，所以逆風(fēng)飛行從甲地到乙地花費(fèi)的航時(shí)較長，需要更多的油料，相對(duì)地就要減少商務(wù)載重，從而成本效益降低。③

側(cè)風(fēng)時(shí)對(duì)飛機(jī)起飛和著陸的影響起飛著陸時(shí)，側(cè)風(fēng)使飛機(jī)產(chǎn)生漂移，偏離跑道或機(jī)體產(chǎn)生傾斜，危及飛行安全，

如圖10-12所示。(a)起飛(b)下降圖10-12側(cè)風(fēng)時(shí)對(duì)起飛和著陸影響

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

(3)低空風(fēng)切對(duì)飛機(jī)飛行的影響風(fēng)切變(Wind

shear)是一種大氣現(xiàn)象，它是風(fēng)速

在水平和垂直方向的突然變化。國際航空界公認(rèn)低空風(fēng)切變威脅最大，它不僅使飛機(jī)航跡偏離，而且可能使飛機(jī)失去穩(wěn)定。低空風(fēng)切(Low

altitude

wind

shear)是指離地約

500

m高度以下風(fēng)速在水平和垂直方向的突然變化，

致使飛機(jī)的姿態(tài)和高度發(fā)生突然變化，在低高度時(shí)，其造成的影響有時(shí)是災(zāi)難性的，因此是飛機(jī)起飛和著陸階段的重要危險(xiǎn)因素之一，如圖10-13~圖10-14所示。圖10-13低空風(fēng)切的外觀(b)著陸圖10-14低空風(fēng)切對(duì)飛機(jī)起降影響(a)起飛

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

(4)晴空亂流對(duì)飛機(jī)飛行的影響對(duì)流層頂附近溫度與風(fēng)向風(fēng)速的變化之大，使飛入其中的飛機(jī)受上、下對(duì)流垂直運(yùn)動(dòng)氣流影響，機(jī)身起伏不定，乘客感覺不舒適、暈機(jī)嘔吐。對(duì)流層頂常出現(xiàn)強(qiáng)烈風(fēng)切，為亂流之所在，由于晴朗無云，所以稱為晴空

亂流(Clear-air

turbulence)。晴空亂流因?yàn)闆]有明顯的原因及征兆，再加上天氣晴朗并無微?？晒庀罄走_(dá)偵測，所以極難預(yù)防及防范。飛行員在起飛前，必須從航空氣象人員提供的氣象圖表數(shù)據(jù)中，預(yù)知亂流的位置和高度，以規(guī)避亂流區(qū)域，必要時(shí)還可改變飛行高度，使飛行平穩(wěn)與安全。2．云層對(duì)飛機(jī)飛行的影響機(jī)場上空的云層過低會(huì)影響飛行員按正常規(guī)定進(jìn)行目測著陸。在穿過云層時(shí)，如果飛行員來不及進(jìn)行目測修正和精確目測，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)對(duì)不準(zhǔn)跑道著陸。另外，溫度下降會(huì)使云中所含水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)而形成積雨云，造成閃電、打雷等自然現(xiàn)象，而且穿過云層時(shí)，飛機(jī)還可能產(chǎn)生積冰的現(xiàn)象。積冰可能造成飛機(jī)的氣動(dòng)性能變壞，穩(wěn)定性和操縱性變差，發(fā)動(dòng)機(jī)可能工作不正?；蝻w行儀表失靈，這些都危及飛行的安全。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

3．雨、雪、冰、雹對(duì)飛機(jī)飛行的影響降水是云霧中的水滴或冰晶降到地面的現(xiàn)象，通常指雨、雪、冰、雹等。在飛機(jī)起飛和著陸的過程中，降水改變了滑行階段的摩擦系數(shù)，從而改變滑行距離。根據(jù)降水與否和降水的程度也就是道面條件來區(qū)分，跑道分為干跑道、濕跑道和污染跑道3種類型；根據(jù)污染物對(duì)飛行性能的影響，跑道上的污染物分為硬質(zhì)污染物與軟質(zhì)(液態(tài))污染物兩種類型。(1)跑道的類型①干跑道

(Dryrunway)屬于飛機(jī)可以正常起降的跑道，它是指在飛機(jī)起降的需用距離和寬度范圍內(nèi)的表面上沒有污染物或可見潮

濕條件的跑道。對(duì)于經(jīng)過鋪設(shè)或建筑，帶有溝槽或具有多孔摩擦材料處理，即使在有濕氣的情況下也能保持“有效干”的剎車效應(yīng)的跑道也可以認(rèn)定是干跑道。②濕跑道(Wet

runway)是指表面覆蓋有厚度等于或小于3mm的水，或者當(dāng)量厚度等于或小于3mm的融雪、濕雪、干雪以及跑道表面雖有濕氣但是沒有積水時(shí)的跑道。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

③污染跑道是指飛機(jī)起降的需用距離的表面上可用部分長×寬超過25%的面積(單塊或多塊區(qū)域之和)有

超過3

mm深的積水，或當(dāng)量厚度超過3

mm的融雪、濕雪、干雪或者被壓緊的雪、冰等污染物的跑道。(2)跑道上污染物的類型如果因?yàn)榻邓蠡虻烂媾潘涣家鹋艿婪e水，則在飛機(jī)輪胎與道面之間有一層極薄的水膜，使摩擦力

顯著減小，從而使飛機(jī)著陸的滑跑距離增大，造成所謂的滑水現(xiàn)象(Water

skiing)；對(duì)于結(jié)冰跑道，摩擦系數(shù)不僅減小并且方向也不好掌握；對(duì)于積雪跑道，飛機(jī)不能起飛著陸。根據(jù)跑道的道面條件的定義，這些污染物分為硬質(zhì)污染物與軟質(zhì)(液態(tài))污染物。硬質(zhì)污染物，例如壓實(shí)的雪或冰等，只影響飛機(jī)的減速能力，對(duì)加速能力并沒有影響。軟質(zhì)(液態(tài))污染物，例如融雪、厚度大于3mm的積水、濕雪和干雪等，同時(shí)影響飛機(jī)的加速、減速能力。跑道積水厚度或當(dāng)量厚度的融雪、濕雪和干雪等污染物超過13mm時(shí)，飛機(jī)就不可以起降。4．大氣的密度對(duì)飛機(jī)飛行的影響實(shí)驗(yàn)與理論證明，飛機(jī)的起飛距離隨著大氣密度的減少而增加，所以在設(shè)計(jì)機(jī)場時(shí)，高海拔機(jī)場需要較長的跑道，以備起飛之需。此外，在相同高度，大氣的密度會(huì)隨著溫度的增加而減少，所以在同一機(jī)場不考慮風(fēng)向的狀況下，夏天起飛所需的跑道長度會(huì)比冬天的來得長。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

5．大氣的濕度對(duì)飛機(jī)飛行的影響(1)大氣濕度的定義空氣有吸收水分的特征，濕度的概念是指大氣的潮濕程度，也就是大氣的空氣中含有多少水蒸氣。大氣濕度的表示可分為含濕量、絕對(duì)濕度以及相對(duì)濕度：含濕量表示大氣的空氣(濕空氣)中水蒸氣的質(zhì)量與干燥空

氣(干空氣)質(zhì)量的比值；絕對(duì)濕度表示每立方米的大氣空氣(濕空氣)中包含的水蒸氣的質(zhì)量；相對(duì)濕度表

示大氣空氣中的絕對(duì)濕度與相同溫度和氣壓下的飽和絕對(duì)濕度的比值，以百分比表示。在航空界，通常用相對(duì)濕度來表示大氣濕度。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，說明大氣空氣中含有的水蒸氣量達(dá)到了最大值。此時(shí)，水蒸氣處于飽和狀態(tài)，水蒸氣開始凝結(jié)，從而形成云、霧、雨、雪等氣象現(xiàn)象，此時(shí)的大氣溫度稱為露點(diǎn)溫度。(2)濕度對(duì)飛行的影響

含有水蒸氣的空氣密度比干燥空氣小，濕度越大，表示空氣中含水蒸氣越多，所以大氣空氣的密度越小，越影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力與推力，對(duì)起飛性能也產(chǎn)生影響。飛機(jī)在潮濕天氣起飛時(shí)，需要的跑道長度要比干燥天

氣的長。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

【例10-2】試解釋相對(duì)濕度的定義【解答】所謂相對(duì)濕度是以百分比表示大氣空氣中水蒸氣的質(zhì)量與相同溫度和氣壓下大氣空氣中所含水蒸氣最大質(zhì)量的比值。航空界通常用相對(duì)濕度表示大氣濕度。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

【例10-3】試解釋露點(diǎn)溫度的定義【解答】所謂露點(diǎn)溫度是指大氣空氣的相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)的溫度，也就是大氣空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始凝結(jié)的溫度。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

6．濃霧與低能見度對(duì)飛機(jī)飛行的影響所謂能見度是指正常視力者能看清目標(biāo)輪廓的最大水平距離。對(duì)飛行員來說，最重要的是跑道能見度(著陸能見度)，它是指飛機(jī)在下降著陸過程中飛行員能看

清跑道近端的最遠(yuǎn)距離。影響能見度的因素很多，但能見度主要受大氣透明度(如

云、霧、煙、沙塵及水滴等直接影響著大氣的透明狀況)與夜間的燈光強(qiáng)度等影響。然而在任何天氣條件下，飛行員在近場時(shí)都必須能看清跑道。由于濃霧會(huì)影響人類肉眼所能看到的距離，目前機(jī)場和飛機(jī)上都裝有完善的導(dǎo)航儀器來輔助飛機(jī)起降，同時(shí)由航空氣象單位提供濃霧所引起的低能見度數(shù)據(jù)。如果能見度低于起降天氣標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)場將關(guān)閉；等待濃霧消散，能見度轉(zhuǎn)好，機(jī)場再度開放，確保飛機(jī)航行安全。

10.3

氣流與氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響

7．飛機(jī)積冰對(duì)飛機(jī)飛行的影響飛機(jī)飛經(jīng)冷卻的云層或云雨區(qū)域時(shí)，機(jī)翼、機(jī)尾、螺旋槳或其他部分常積聚冰晶，而在氣溫為0~9.4OC的高空飛行時(shí)機(jī)體上最容易結(jié)冰。飛機(jī)結(jié)冰會(huì)增加機(jī)體重力；機(jī)翼與尾翼積冰可能造成飛機(jī)的氣動(dòng)性能變壞、穩(wěn)定性和操縱性變差；飛機(jī)的螺旋槳或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口積冰可能使動(dòng)力裝置失去動(dòng)力；飛機(jī)的剎車及起落架結(jié)冰，可能對(duì)其正常操作造成損害；飛機(jī)的儀表與天線積冰，可能使測量信號(hào)失真。雖然現(xiàn)今的飛機(jī)本身已有加溫系統(tǒng)可克服上述問題，但是仍然必須盡量避開結(jié)冰區(qū)域以防止加溫不及時(shí)而瞬間結(jié)冰，從而造成飛行危險(xiǎn)的可能。10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

描述飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的坐標(biāo)系統(tǒng)大致可以分成固定坐標(biāo)系統(tǒng)、體坐標(biāo)(機(jī)體坐標(biāo))系統(tǒng)與風(fēng)坐

標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)，通常單獨(dú)使用某一系統(tǒng)或者采用系統(tǒng)與系統(tǒng)間的關(guān)系，說明飛機(jī)的姿態(tài)、航跡與氣動(dòng)力的變化。1．使用原則一般而言，要確定飛機(jī)相對(duì)于地面的位置，就必須采用固定坐標(biāo)系統(tǒng)表示；要研究飛機(jī)的飛行控制問題，就必須采用體坐標(biāo)(機(jī)體坐標(biāo))系統(tǒng)表示；要探討飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性，就必須采用風(fēng)坐標(biāo)

(速度坐標(biāo))

系統(tǒng)來表示；要描述飛行姿態(tài)變化與航跡變化，則必須分別使用體坐標(biāo)(機(jī)體坐標(biāo))系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之

間的關(guān)系以及風(fēng)坐標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系來表示；要了解飛機(jī)的空氣動(dòng)力的變化情形，則必須使用體坐標(biāo)(機(jī)體坐標(biāo))系統(tǒng)與風(fēng)坐標(biāo)(速度坐標(biāo))系統(tǒng)之間的關(guān)系來表示。

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

2．坐標(biāo)系統(tǒng)介紹(1)固定坐標(biāo)(Og

Xg

Yg

Zg

，F(xiàn)ixed

coordinate)，又稱為地面坐標(biāo)(Ground

coordinate)或慣性坐標(biāo)

(Inertial

coordinate)，它使用地面的固定位置或者觀察基準(zhǔn)畫出直角坐標(biāo)。原點(diǎn)(Og

)取自地面上的某一個(gè)固定點(diǎn)，以O(shè)g

Yg軸為垂直軸，向上為正，畫出兩個(gè)在水平面內(nèi)相互垂直的軸，也就是縱軸(Og

Xg

軸)與橫軸(Og

Zg

軸)，其中縱軸(Og

Xg

軸)指向水平面某一選定方向，如圖10-15所示。地面坐標(biāo)常用于指示飛機(jī)的方位、短距離導(dǎo)航與航跡控制。圖10-15固定直角坐標(biāo)

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

(2)體坐標(biāo)(OXb

Yb

Zb

，Bodycoordinate)，又稱為機(jī)體坐標(biāo)，它是以飛機(jī)的本身為觀察基準(zhǔn)，坐標(biāo)的原

點(diǎn)

取自于飛機(jī)的重心(或質(zhì)心)，

而從原點(diǎn)至機(jī)頭的連

線是飛機(jī)的設(shè)計(jì)軸。如果不考慮機(jī)翼安裝角，也就是假設(shè)機(jī)翼安裝角為0

，飛機(jī)設(shè)計(jì)軸的方向就是機(jī)翼弦線的延長線指向機(jī)頭的方向(縱軸)為正，并以縱軸(OXb

軸)為基準(zhǔn)畫出直角

坐標(biāo)。以O(shè)Yb

軸為垂直軸，向下的方向?yàn)檎?，并以O(shè)Zb

軸為橫軸，指向飛機(jī)右側(cè)的方向?yàn)檎?，如圖10-16所示。體坐標(biāo)常用于描述飛機(jī)的氣動(dòng)力矩與繞著飛機(jī)的重心 (質(zhì)心)的轉(zhuǎn)動(dòng)情形。圖10-16機(jī)體坐標(biāo)

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

(3)風(fēng)坐標(biāo)(OXw

Yw

Zw

，Wind

coordinate)，又稱為氣流坐標(biāo)或速度坐標(biāo)，它和體坐標(biāo)一樣是以飛機(jī)的本身為觀察基準(zhǔn)而畫出的直角坐標(biāo)。其原點(diǎn)O仍取自于飛機(jī)的重心(或質(zhì)心)，并且使用與飛行速度方向平行的直線為縱軸，以飛行速度的方向?yàn)檎?。根?jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，飛行的速度與來流方向平行，而此兩者大小相等、方向相反，所以這種坐標(biāo)系統(tǒng)稱為風(fēng)坐標(biāo)或速度坐標(biāo)。以縱軸(OXw

軸)為基準(zhǔn)軸，以O(shè)Zw軸為垂直軸，向下的方向?yàn)檎?，并以O(shè)Yw

軸為橫軸，指向飛機(jī)右側(cè)的方向?yàn)檎嫵龅闹苯亲鴺?biāo)即為風(fēng)坐標(biāo)，如圖10-17虛線箭號(hào)所示。在圖中，風(fēng)坐標(biāo)的橫軸與體坐標(biāo)的橫軸，也就是OZw

軸與OZb軸，兩者彼此重合。風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)(速度坐標(biāo))常用于描述飛機(jī)的氣動(dòng)力。圖10-17風(fēng)坐標(biāo)與體坐標(biāo)

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

3．飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)介紹在航空界，通常采用體坐標(biāo)系統(tǒng)和風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系來描述飛機(jī)飛行姿態(tài)與航跡的變

化情形。(1)姿態(tài)角飛機(jī)的姿態(tài)角是由體坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)(地

面坐標(biāo)系統(tǒng))之間的關(guān)系來確定的，它們之間的夾角就是飛機(jī)的姿態(tài)角(Attitude

angle)，又稱為歐拉角 (Euler

angle)。描述飛機(jī)姿態(tài)角的有俯仰角、偏航角以及滾轉(zhuǎn)角，

如圖10-18所示。圖10-18飛機(jī)姿態(tài)角

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

①

俯仰角體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)與地平面(固定坐標(biāo)的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之

間的夾角，稱為俯仰角(Pitching

angle)，用符號(hào)θ表示，以飛機(jī)抬頭的方向?yàn)檎?。?/p>

偏航角體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)在地平面的投影與固定坐標(biāo)Og

Xg

軸之間的夾角，稱為偏航角(Yawing

angle)，又稱方位角(Track

azimuth

angle)，用符號(hào)φ表示，以右偏航的方向?yàn)檎＂?/p>

滾轉(zhuǎn)角體坐標(biāo)的垂直軸(OYb

軸)與包含縱軸(OXb

軸)的垂直平面之間的夾角，稱為滾轉(zhuǎn)角(Rolling

angle)，用符號(hào)表示，以右滾轉(zhuǎn)的方向?yàn)檎?/p>

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

(2)航跡角飛機(jī)的航跡角由風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)(地面坐標(biāo)系統(tǒng))之間的關(guān)系確定。它們之間的夾角就是飛機(jī)的航跡角(Flightpathangle)，航跡角和姿態(tài)角定義相似，只不過將機(jī)體坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系改為風(fēng)坐標(biāo)系統(tǒng)與固定坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系。描述飛機(jī)航跡角的有航跡傾斜角、航跡方位角以及航跡滾轉(zhuǎn)角，如圖10-19所示。圖10-19飛機(jī)航跡角

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

①

航跡傾斜角風(fēng)坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)與地平面(固定坐標(biāo)的水平面，也就是Og

Xg

Zg

平面)之間的夾角，稱為航跡傾斜角(Track

inclination

angle)，用符號(hào)γ表示，以飛機(jī)向上飛時(shí)為正②

航跡方位角風(fēng)坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)在地平面的投影與固定坐標(biāo)軸OgXg之間的夾角，稱為航跡方位角(Track

azimuthangle)，用符號(hào)表示，以風(fēng)坐標(biāo)縱軸在地平面的投影向右偏轉(zhuǎn)的方向?yàn)檎?/p>

航跡滾轉(zhuǎn)角風(fēng)坐標(biāo)的垂直軸(OYw

軸)與包含縱軸(OXw

軸)的垂直平面之間的夾角，稱為航跡滾轉(zhuǎn)角(Track

rolling

angle)，用符號(hào)表示，以飛機(jī)向右傾斜的方向?yàn)檎?/p>

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

4．飛機(jī)飛行的氣動(dòng)角飛機(jī)飛行的氣動(dòng)角是指體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)之間的角度，也就是飛機(jī)和相對(duì)氣流之間的角度，亦即在第9章的內(nèi)容中介紹的迎角與側(cè)滑角，如圖10-20所示。圖10-20飛機(jī)氣動(dòng)角(體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)關(guān)系)

10.4

飛機(jī)飛行常用的三大坐標(biāo)

(1)迎角不考慮機(jī)翼安裝角，也就是假設(shè)機(jī)翼安裝角為0的情況下，飛行速度向量在飛機(jī)對(duì)稱面(OXb

Yb

)上的投影與體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)之間的夾角，稱為迎角(Angle

of

attack，AOA)，用符號(hào)表示，并以體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)的速度向量在飛機(jī)對(duì)稱面上投影的上方為正。從迎角的定義，我們可以知道迎角就是體坐標(biāo)的縱軸(OXb軸)與速度坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)在飛機(jī)對(duì)稱面(OXb

Yb

)投影的夾角。根據(jù)迎角、俯仰角9以及航跡傾斜角的定義，可以得到=9?(2)側(cè)滑角所謂側(cè)滑角(Sideslip

angle)就是體坐標(biāo)的縱軸(OXb

軸)與速度坐標(biāo)的縱軸(OXw

軸)之間的夾角，以

飛行速度(相對(duì)氣流)在飛機(jī)對(duì)稱面(OXb

Yb

)的右邊為正。依據(jù)側(cè)滑角、偏航角(方位角)以及航跡方位角的定義，可以得到

=X?Q5．體坐標(biāo)與風(fēng)坐標(biāo)重合的時(shí)機(jī)從前面的內(nèi)容可以知道，飛機(jī)