飞机结构与系统.ppt
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1、第三章 飞机的结构与系统,第一节 飞机的机体第二节 飞机的动力装置第三节 飞机的操纵系统 第四节 飞机的电子仪表系统,第一节 飞机的机体,一、飞机的机体 飞机的组成部分包括机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置和仪表设备等,飞机机体指的是构成飞机外部形状的部分和承受飞机的主要受力结构,分为机身、机翼、尾翼、起落架。1、机翼 翼展:机翼翼尖两点之间的距离。翼型:机翼的剖面。机翼分为四部分:翼根、前缘、后缘、翼尖,第一节 飞机的机体,第一节 飞机的机体,第一节 飞机的机体,根据机翼在机身上安装的部位和形式,可以把机翼分为下单翼、中单翼、上单翼。而民航飞机采用下单翼布局最多。优点:1、机翼离地面近,起落
2、架相应的就短,减轻重量。重心低,稳。2、迫降时,机翼吸收大部分冲击能量 3、便于维护和使用。缺点:机身离地面高,人货的上下不方便,需要使用廊桥和梯车;发动机离地面近,使用时会吸入跑道表面的沙石冰雪。,第一节 飞机的机体,上单翼飞机干扰阻力小,向下视野良好,机身离地面近,便于装运货物,发动机安装位置较高,免受地面沙石损害,故大部分军用运输机采用这种布局。机翼的主要功用是产生升力,以支持飞机在空中飞行;也起一定的稳定和操纵作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼。操纵副翼可使飞机滚转;放下襟翼能使机翼升力增大。另外,机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。,第一节 飞机的机体,机翼由翼梁、翼肋、桁条和蒙皮
3、组成。,第一节 飞机的机体,2、机身 机身是飞机的运载部分,绝大部分的机身是筒状的,两头小、中间大的纺锤体。机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备;还可将飞机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。3、尾翼 尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平定面和可动的升降舵组成。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的主要功用是用来操纵飞机俯仰和偏转,并保证飞机能平稳地飞行。尾翼前缘有防冰装置、尾翼尖端有灯和静电放电刷。,第一节 飞机的机体,4、起落架 起落装置是用来支持飞机并使它能在地面和水平面起落和停放。陆上飞机的起落装置,大都由减震支柱和机轮等组成。它是
4、用于起飞、着陆滑跑,地面滑行和停放时支撑飞机。起落架配置分为前三点式和后三点式,现代大中型运输机主要采用前三点式,紧急制动时更加稳定。起落架收放主要靠液压作动筒实现,同时还有液压系统故障后,靠重力甩下的应急收放系统。起落架有收起和放下的锁定装置。,第二节 飞机的动力装置,第二节 飞机的动力装置,飞机的动力装置是飞机的心脏,主要用来产生推力,使飞机前进(发动机)。其次还可以为飞机上的用电设备提供电源,为空调设备等用气设备提供气源(APU)。活塞式航空发动机:早期在飞机或直升机上应用的航空发动机,用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达 2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮
5、发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。,第二节 飞机的动力装置,涡轮空气喷气发动机:应用最广,包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机,都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机;涡轮轴发动机主要用作直升机的动力;涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机。其他还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机的推进剂全部由自身携带。脉冲发动机主要用于低速靶机和航空模型飞机。由太阳电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞机,尚处在试验阶段。,第二节 飞机的动力装置,涡轮螺旋桨发动机也广泛用于中小型亚音
6、速飞机上。活塞式发动机只用于低速轻型飞机,如农业飞机、运动机和游览机。固体和液体火箭发动机仅作为起飞加速器短时间使用。1、活塞式发动机:构造复杂,重量大而输出功率小,加之螺旋桨推进在高速飞行时效率低,所以不适用于大型和高速飞机。活塞式发动机的优点是省油。另外,螺旋桨在低速飞行时推进效率高,在相同功率下能产生较大的拉力,有利于提高飞机起飞性能。,第二节 飞机的动力装置,第二节 飞机的动力装置,主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气
7、缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。发动机除主要部件外,还须有若干辅助系统与之配合才能工作。主要有进气系统(为了改善高空性能,在进气系统内常装有增压器,其功用,第二节 飞机的动力装置,是增大进气压力)、燃油系统、点火系统(主要包括高电压磁电机、输电线、火花塞)、起动系统(一般为电动起动机)、散热系统和润滑系统等。第二次世界大战后,活塞式发动机逐渐被燃气涡轮发动机所取代。目前,300千瓦以下的小功率活塞式发动机仍在轻型、低速飞机和直升机上广泛应用。,第二节 飞机的动力装置,2、螺旋桨,第二节 飞机的动力装置,到了二战中,由于战争的需要,飞
8、机的性能得到了迅猛的发展,飞行速度达到700800公里每小时,高度达到了10000米以上,但人们突然发现,螺旋桨飞机似乎达到了极限,尽管工程师们将发动机的功率越提越高,从1000千瓦,到2000千瓦甚至3000千瓦,但飞机的速度仍没有明显的提高,发动机明显感到“有劲使不上”。问题就出在螺旋桨上,当飞机的速度达到800公里每小时,由于螺旋桨始终在高速旋转,桨尖部分实际上已接近了音速,这种跨音速流场的直接后果就是螺旋桨的效率急剧下降,推力下降,,第二节 飞机的动力装置,同时,由于螺旋桨的迎风面积较大,带来的阻力也较大,而且,随着飞行高度的上升,大气变稀薄,活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素
9、合在一起,决定了活塞式发动机螺旋桨的推进模式已经走到了尽头,要想进一步提高飞行性能,必须采用全新的推进模式,喷气发动机应运而生。根据牛顿第三定律,作用在物体上的力都有大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机在工作时,从前端吸入大量的空气,燃烧后高速喷出,在此过程中,发动机向气体施加力,使之向后加速,气体也给发动机一个反作用力,推动飞机前进。事实上,这一原理很早就被应用于实践中,我们玩过的爆竹,就是依靠尾部喷出火药气体的反作用力飞上天空的。,第二节 飞机的动力装置,3、涡喷发动机,第二节 飞机的动力装置,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这
10、四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体依次流经喷气发动机的各个部分,就对应着活塞式发动机的四个工作位置。随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,又发展了多种喷气发动机。根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机。,第二节 飞机的动力装置,4、涡桨发动机,第二节 飞机的动力装置,5、涡扇发动机,第二节 飞机的动力装置,6、涡轴发动机,第二节 飞机的动力装置,7、APU 在大、中型飞机上和大型直升机上,为了减少对地面(机场)供电设备的依赖,都装有独立的小型动力装置,称为辅助动力装置或APU。A
11、PU的作用是向飞机独立地提供电力和压缩空气,也有少量的APU可以向飞机提供附加推力。飞机在地面上起飞前,由APU供电来启动主发动机,从而不需依靠地面电、气源车来发动飞机。在地面时APU提供电力和压缩空气,保证客舱和驾驶舱内的照明和空调,在飞机起飞时使发动机功率全部用于地面加速和爬升,改善了起飞性能。降落后,仍由APU供应电力照明和空调,使主发动机提早关闭,从而节省了燃油,降低机场噪声。,第二节 飞机的动力装置,通常在飞机爬升到一定高度(5000米以下)辅助动力装置关闭但在飞行中当主发动机空中停车时,APU可在一定高度(一般为10000米)以下的高空中及时启动,为发动机重新启动提供动力。APU是
12、动力装置中一个完整的独立系统,但是在控制上它和整架飞机是一体的。它的控制板装在驾驶员上方仪表板上,它的启动程序、操纵、监控及空气输出都由电子控制组件协调,并显示到驾驶舱相关位置,如EICAS的屏幕上。,第三节 飞机的操纵系统,飞机的操纵系统是指传递操纵指令、驱动舵面和其他机构以控制飞机飞行姿态的系统。根据操纵指令的来源,可分为人工操纵系统(由主操纵系统和辅助操纵系统组成)和自动控制系统。飞机飞行操纵系统是飞机上所有用来传递操纵指令,驱动舵面运动的所有部件和装置的总合,用于飞机飞行姿态、气动外形、乘坐品质的控制。,第三节 飞机的操纵系统,第三节 飞机的操纵系统,主操纵系统中,飞行员用手和脚直接操
13、纵的系统叫中央操纵系统。通过主操纵系统(驾驶杆、副翼、脚蹬)飞行员完成飞机的纵向、横向和航向操纵。辅助操纵系统主要是改善飞机操作性,操作方便,减轻飞行员劳动强度,主要由扰流板、调整片、前缘缝翼、后缘襟翼、水平安定面的操纵系统组成。,第三节 飞机的操纵系统,助力操纵系统:1、液压助力器 40年代末出现了液压助力系统,舵面由液压助力器驱动,驾驶员通过中央操纵机构、机械传动装置控制助力器的伺服活门,间接地使舵面偏转。它同时通过杠杆系统把舵面一部分气动载荷传给中央操纵机构,使驾驶员获得操纵力的感觉,构成机械反馈。飞机液压系统通常用来收放起落架、襟翼、减速板和操作机轮刹车以及操纵舵面的偏转。,第三节 飞
14、机的操纵系统,2、电传操纵系统 自动控制和微电子技术的发展,为取消机械传动装置创造了条件,可用电信号综合传感器信号和驾驶员的操纵指令,对飞机进行有效的操纵。如果在电传操纵系统之外,还保留机械操纵系统作为备用,则称为准电传操纵系统。电传操纵系统的关键是系统的可靠性问题,它的可靠性至少不能低于机械操纵系统。为此需要采用余度技术,对于关键部件和线路采用多重布置的原则,以提高系统的可靠性。,第三节 飞机的操纵系统,电传操纵系统的优点是体积小、重量轻、通过性好,便于采用主动控制技术,易于与其他系统交联,生存力强,维护性好,可提高飞机操纵品质和性能,是高性能飞机操纵系统发展的方向。自动驾驶系统 飞机上的自
15、动飞行系统,是通过飞行员按一些按钮和旋转一些旋钮,或者由导航设备接收地面导航信号,来自动控制飞行器完成三轴动作的装置。它包含自动驾驶仪、飞行指引仪、偏航阻尼器、自动俯仰配平系统和自动油门控制系统。,第三节 飞机的操纵系统,自动驾驶仪(Auto Pilot)自动驾驶仪可以减小飞行员的工作量,它通过测量飞机的位移、速度、加速度等信号,来操纵飞机的方向舵、水平尾翼及副翼等,完成对飞机的一部分控制,如保持航向、高度,让飞行员集中精力地完成一些对飞行安全更重要的工作,如导航,观察交通,通话等,来保证飞行安全。,第三节 飞机的操纵系统,飞行指引仪(Flight Director)飞行指引仪是帮助飞行员监视
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