《民航概论》课件第二章.ppt

第二章 民用航空器,民航概论,多媒体教学课件,上海交通职业技术学院（南校区）飞机机电教研室,RETURN,EXIT,第二章 民用航空器,AUDIO,CONTROLS,2.1 民用航空器的分类,2.2 飞行基本原理,2.3 飞机的基本结构,2.4 飞机的动力装置,2.5 飞机的电子仪表装置,RETURN,EXIT,2.1 民用航空器的分类和发展,AUDIO,CONTROLS,航空器的分类,民用飞机的分类,民用航空器的要求,一、航空器的分类,航空器,轻于空气的航空器,重于空气的航空器,飞艇,热气球,滑翔机,莱特兄弟制作的“飞行者1号”1903年首飞,B737 系列,A320 系列,波音787,A380,一、航空器的分类,轻于空气的航空器,非动力驱动：气球,动力驱动：飞艇,自由气球,系留气球,刚性飞艇,非刚性飞艇,一、航空器的分类,重于空气的航空器,非动力驱动：气球,动力驱动,滑翔机,风筝,飞机,扑翼机,旋翼航空器,二、民用飞机的分类,按用途分：,航线飞机,通用航空飞机,商业运输用，运输机,通用航空用,二、民用飞机的分类,航线飞机,客机,客货混装机,货机,二、民用飞机的分类,客机 1）按航程分：,远程客机,中程客机,短程客机,航程8000km,航程：30008000km,航程3000km,二、民用飞机的分类,客机 2）按发动机类型分：,活塞式,喷气式,涡喷式,涡桨式,涡扇式,涡轴式,客 机,二、民用飞机的分类,客机 3）按飞行速度分：,亚音速飞机,超音速飞机,高亚音速飞机,低速飞机,V400km/h,M：0.80.89,M1,客 机,二、民用飞机的分类,客机“协和”号超音速客机,原英国飞机公司和法国宇航公司联合研制的四发中程超音速客机，1969年实现首飞。1976年1月12日正式投入航线运营。,研制背景,二、民用飞机的分类,客机“协和”号超音速客机,共生产20架，其中16架投入运营，英航、法航各占8架。一直亏损运营，依靠政府补贴。航线：巴黎纽约；伦敦纽约。于2000年发生空难，随后于2003年正式退役。,运营状况,二、民用飞机的分类,客机“协和”号超音速客机三大弱点,经济性差 航程短 噪音污染严重,二、民用飞机的分类,客机“协和”号超音速客机,唯一投入商业飞行的超音速客机 誉为世界上最安全、最快速的飞机,历史意义,二、民用飞机的分类,客机4）按客座数分,小型飞机,中型飞机,大型飞机,客座数100,客座数100200,客座数200,客 机,二、民用飞机的分类,客机5）按机身直径分,宽体客机,窄体客机,机身直径3.75m,机身直径3.75m,客 机,二、民用飞机的分类,通用航空飞机1）公务机2）农业机3）教练机4）多用途轻型飞机,三、民用航空器的使用要求,安全、快速、经济、舒适、环保,RETURN,EXIT,2.2 飞行基本原理,AUDIO,CONTROLS,空气动力学基础,飞机上的作用力,飞机升力的产生,飞机的飞行控制,一、空气动力学基础,空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。,理想流体，不考虑流体粘性的影响。不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma0.4。绝热流体，不考虑流体温度的变化，Ma0.4。,流体模型化,前缘,后缘,（一）连续性定理,流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。,质量守恒定律是连续性定理的基础。,流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。,1,2,S1,v1,S2,v2,设：单位时间内流过截面的流体质量为m，则有：,则根据质量守恒定律可得：,结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。,（一）连续性定理,日常生活中的连续性定理,山谷里的风通常比平原大,河水在河道窄的地方流得 快，河道宽的地方流得慢,（二）伯努利定理,同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。,能量守恒定律是伯努力定理的基础。,（二）伯努利定理,于是有：,动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是 空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。,静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压 等于当时当地的大气压。,总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。,深入理解动压、静压和总压,同一流线：总压保持不变。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。,伯努利定理适用条件,气流是连续、稳定的，即流动是定常的。,空气没有粘性，即空气为理想流体。,流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。,深入理解动压、静压和总压,同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。,二、飞机 升力的产生,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？,升力的产生原理,前方来流被机翼分为了两部分：一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。,由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。,流过上表面的气流,流过下表面的气流,升力的产生原理,升力的产生原理,上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对 气流方向的分量，就是升力。,机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure),迎角,迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。,升力公式,飞机的升力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,升力系数随迎角的变化规律,当临界，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。,三、飞机上的作用力,升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。,阻力,阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。,飞机的阻力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,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,阻力产生原因,摩擦阻力,由于飞机表面上空气有粘性，气流与飞机表面发生粘滞摩擦而引起的与飞行方向相反的力，称为摩擦阻力。,影响摩擦阻力的因素,摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。,紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。,压差阻力,压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。,压差阻力的产生,气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。,影响压差阻力的因素,总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。,干扰阻力,飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。,飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效地减小干扰阻力的大小。,诱导阻力,由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。,翼尖涡的形成,正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。,这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）,翼尖涡的立体形态,翼尖涡的形态,诱导阻力的产生,空气在翼尖形成漩涡，产生一个向下的下洗速度，使原来的相对气流速度方向发生改变，由vv，使升力L偏转到L，L的水平分量D，即为诱导阻力。如下图所示：,影响诱导阻力的因素,机翼平面形状：椭圆形机翼的诱导阻力最小。,展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力,翼梢小翼,翼梢小翼,激波阻力,对于高速飞行，除了上述四个阻力外，还产生激波阻力。产生原因当物体以接近于音速飞行时，物体前方形成一层剧烈压缩的空气层，该层空气密度增加，阻力增加，空气分子剧烈碰撞，使稳定增加，称为激波。激波导致：阻力增加，升力减小，形成“音障”。飞机速度接近和超过音速时，只有当推力增大到一定程度时，才能克服激波带来的阻力，突破音障。,马赫数M V：飞行速度；a：当地音速超音速飞机 在超越音障时，由于激波的传播，发出雷鸣般的声音，称音爆。超音速飞行，燃料消耗大，经济性差。高亚音速飞机在局部区域上可能达到或超过音速，产生局部激波。应尽可能推迟激波的产生，如采用后掠翼，超临界翼型。,阻力相关资料,总空气动力,升力和阻力之和称为总空气动力。,四、飞机的飞行控制,1.飞机的平衡,2.飞机的稳定性,3.飞机的操纵性,四、飞机的飞行控制,飞机的平衡1）机体轴系,四、飞机的飞行控制,飞机的平衡之：飞机的运动,绕横轴（OZ轴）的转动称为俯仰转动,绕立轴（OY轴）的转动称为偏航运动,四、飞机的飞行控制,飞机的平衡之：飞机的运动,绕纵轴（OX轴）的转动称为横滚运动,四、飞机的飞行控制,飞机的平衡之：飞机的运动,四、飞机的飞行控制,平衡的概念：所有作用于飞机的外力和力矩之和都等于零的状态为飞机的平衡状态。平衡包括：作用力平衡、力矩平衡飞机的纵向平衡飞机的横向平衡飞机的航向平衡,飞机的平衡,四、飞机的飞行控制,飞机的稳定性稳定性的概念,结论：欲使物体具有稳定性,飞机的稳定性是指，飞机受扰偏离原平衡状态，偏离后飞机能自动恢复到原平衡状态的能力。,物体在受到扰动后能够产生稳定力矩，使物体具有自身恢复到平衡状态的趋势,在恢复过程中同时产生阻力力矩，保证物体最终恢复到平衡状态,四、飞机的飞行控制,飞机的稳定性俯仰稳定性方向稳定性横侧稳定性,四、飞机的飞行控制,2.1 飞机的俯仰稳定性,什么是俯仰稳定性,飞机的俯仰稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至俯仰平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。,俯仰稳定性的实现,飞机的俯仰稳定性，由水平尾翼产生的俯仰稳定力矩实现。,水平尾翼,正常布局的飞机的平尾的安装角通常要比机翼的安装角更小。,平尾产生俯仰稳定力矩,瞬间受扰机头上抬,俯仰稳定力矩,2.2 飞机的方向稳定性,什么是方向稳定性,飞机的方向稳定性，指的是飞行中，飞机受微小扰动以至方向平衡遭到破坏，在扰动消失后，飞机自动趋向恢复原平衡状态的特性。,方向稳定性的实现,主要由垂尾产生方向稳定力矩来实现。,上反角和后掠角的设计等也能够使机翼产生方向稳定力矩。,其他方向稳定力矩的产生,上反角,机身,四分之一翼弦连线,2.3 飞机的横向稳定性,什么是横向稳定性,飞机的横向稳定性，指的是飞机绕纵轴的稳定性，也叫侧向稳定性。影响侧向稳定性的主要因素是机翼的上反角、后掠角和垂尾的大小。,横侧稳定性主要由侧滑中机翼的上反角和后掠角产生,上反角产生的横侧稳定力矩,上反角情况下，侧滑前翼的迎角更大，升力大于侧滑后翼的升力，从而产生绕纵轴的横侧稳定力矩。,后掠角产生的横侧稳定力矩,后掠角情况下，侧滑前翼的有效分速大，因而升力大于侧滑后翼的升力，从而产生横侧稳定力矩。,2.4 飞机的方向稳定性和横侧稳定性的关系,飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱，易产生明显的飘摆现象，称为荷兰滚。,飞机的横侧稳定性过弱而方向稳定性过强，在受扰产生倾斜和侧滑后，易产生缓慢的螺旋下降。,飞机的方向稳定性与横侧稳定性是相互关联的。,2.4 飞机的稳定性分析,飞机的稳定性是飞机本身应具有的一种特性。飞机的的稳定性是相对的、有条件的。,3.飞机的操纵性,操纵性的定义 飞机的操纵性是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。,俯仰操纵性方向操纵性横侧操纵性,3.1 飞机的俯仰操纵性,飞机的俯仰操纵性是指飞行员操纵驾驶盘偏转升降舵后，飞机绕横轴转动而改变其迎角等飞行状态的特性。,飞机的俯仰操纵性主要由升降舵实现,3.2 飞机的方向操纵性,飞机的方向操纵性是指飞行员操纵方向舵以后，飞机绕立轴偏转而改变其侧滑角等飞行状态的特性。,驾驶员踩脚蹬，带动垂直尾翼上的方向舵偏转，产生向右附加气动力会打破原有方向平衡，使飞机机头偏转（图示为左偏操纵）。,飞行中方向操纵（改变侧滑角）的基本原理,3.3 飞机的横侧操纵性,飞机的横侧操纵性是指飞行员操纵副翼以后，飞机绕纵轴转动而改变其滚转角速度、坡度等飞行状态的特性。,飞机横侧操纵原理,两个副翼上的不同升力差会打破原有横侧平衡，使飞机开始滚转。,3.4 飞机的方向操纵性和横侧操纵性的关系,蹬左舵，机头左偏，导致右侧滑，侧滑前翼升力大于侧滑后翼升力（即横侧稳定力矩），飞机左滚。压左盘，飞机左滚，导致左侧滑，垂尾附加侧力使机头左偏（即方向稳定力矩）。结论：在操纵效果上，存在盘舵互换（但效率不高）。,3.5 影响飞机操纵性的因素,飞机重心位置前后移动对操纵性的影响和重心的前后极限位置。,飞行速度对飞机操纵性的影响。,飞行高度对操纵性的影响,迎角对横侧操纵性的影响横侧反操纵的现象。,Thank You!,2023/5/31,