1、 飞机是航空器飞机是航空器, ,升空靠得是空气动力升空靠得是空气动力, ,飞机只能在大飞机只能在大气层中飞行气层中飞行, ,我们要认识飞机在大气中运动的规律我们要认识飞机在大气中运动的规律, ,就就要了解有关飞机和大气的基本知识。要了解有关飞机和大气的基本知识。本章主要内容本章主要内容1.1 飞机的一般介绍飞机的一般介绍1.2 飞机大气环境的一般介绍飞机大气环境的一般介绍 飞机是目前最主要的飞行器。本节将简要介绍飞机的主飞机是目前最主要的飞行器。本节将简要介绍飞机的主要组成部分及其功用、操纵飞机的基本方法及机翼形状等。要组成部分及其功用、操纵飞机的基本方法及机翼形状等。一、一、 飞机的一般介绍
2、飞机的一般介绍（一）、（一）、飞机的主要组成部分及其功用飞机的主要组成部分及其功用五大部分五大部分：机身：机身, ,机翼机翼, ,尾翼尾翼, ,起落装置起落装置, ,动力装置。动力装置。机翼机翼机身机身动力装置动力装置起落装置起落装置尾翼尾翼计算机计算机大脑；大脑；仪表仪表神经；神经；雷达、通讯设雷达、通讯设备备眼、耳。眼、耳。机身机身躯干；躯干；机翼机翼翅膀；翅膀；尾翼尾翼尾巴；尾巴；起落架起落架腿和爪；腿和爪；发动机发动机心脏；心脏；1 1、机身、机身装载机组、旅客、货物和其它必须设备。装载机组、旅客、货物和其它必须设备。将飞机的其他部分如尾翼、机翼、发动机联结将飞机的其他部分如尾翼、机翼
3、、发动机联结成一个整体成一个整体。特征参数有：机身长度特征参数有：机身长度LshLsh、最大当量直径、最大当量直径DshDsh及及其所在轴向的相对位置。其所在轴向的相对位置。机身长细比机身长细比sh = Lsh/Dshsh = Lsh/D2 2、机翼、机翼机翼产生升力。机翼产生升力。机翼在飞机的稳定性和操纵性中扮演重要角色，机翼上安装的可操机翼在飞机的稳定性和操纵性中扮演重要角色，机翼上安装的可操纵翼面主要有副翼、襟翼。纵翼面主要有副翼、襟翼。副翼副翼襟翼襟翼A380机翼还用于安装发动机、起落架、油箱。机翼还用于安装发动机、起落架、油箱。机翼的分类机翼的分类上单翼上单翼下单翼下单翼中单翼中单翼
4、机翼的分类机翼的分类机翼的分类机翼的分类单翼机、双翼机、多翼机单翼机、双翼机、多翼机上反角上反角下反角下反角 机翼沿横轴方向与机身关系机翼沿横轴方向与机身关系上反角、下反角：上反角、下反角：机翼基准面和水机翼基准面和水平面的夹角。平面的夹角。机翼的分类机翼的分类B747B747机翼上的主操纵和辅助操纵翼面机翼上的主操纵和辅助操纵翼面3 3、尾翼、尾翼操纵飞机的俯仰和偏转。操纵飞机的俯仰和偏转。是飞机稳定性的重要组成部分。是飞机稳定性的重要组成部分。垂直安定面垂直安定面水平安定面水平安定面方向舵方向舵升降舵升降舵尾翼包括水尾翼包括水平尾翼和垂平尾翼和垂直尾翼直尾翼尾翼尾翼V V形尾翼形尾翼T T
5、形尾翼形尾翼常见布局尾翼常见布局尾翼4 4、起落装置（、起落装置（Landing GearLanding Gear）4 4、起落装置（、起落装置（Landing GearLanding Gear）起落装置用于飞机的起落装置用于飞机的起飞、着陆和滑行并起飞、着陆和滑行并支撑飞机。支撑飞机。飞机的前轮可偏转，飞机的前轮可偏转，用于地面滑行时控制用于地面滑行时控制方向。方向。飞机的主轮上装有各飞机的主轮上装有各自独立的刹车装置。自独立的刹车装置。 起落装置的起落装置的分类分类起落装置可分为起落装置可分为前三点式、后三点式。前三点式、后三点式。起落装置还可分为起落装置还可分为固定式固定式、可收放式可收
6、放式。起落装置的起落装置的分类分类起落装置（水上飞机）起落装置（水上飞机）5 5、动力装置（、动力装置（Power PlantPower Plant）产生拉力或推力。产生拉力或推力。发动机带动的发电发动机带动的发电机为飞机用电设备机为飞机用电设备提供电源，从发动提供电源，从发动机引入的热气流可机引入的热气流可用于座舱加温或空用于座舱加温或空调系统。调系统。动力装置的分类动力装置的分类活塞式活塞式涡轮喷气式涡轮喷气式涡轮喷气式涡轮喷气式（二）、飞机座舱基本仪表介绍（二）、飞机座舱基本仪表介绍TB20座舱仪表座舱仪表塞斯纳塞斯纳172172座舱仪表座舱仪表空速表高度表姿态仪航向指示仪转弯侧滑仪升降
7、速度表老式驾驶舱（老式驾驶舱（B17B17）新式驾驶舱（新式驾驶舱（B777B777）主飞显示器主飞显示器多功能显示器多功能显示器DA（三）、操纵飞机的基本方法（三）、操纵飞机的基本方法6自由度：自由度：3个空间位置，个空间位置，3个空间姿态个空间姿态 3个姿态：个姿态：俯仰控制：升降舵俯仰控制：升降舵滚转控制：副翼滚转控制：副翼偏航控制：方向舵偏航控制：方向舵3个位置：个位置：纵向位移：油门纵向位移：油门侧向位移：间接实现侧向位移：间接实现垂向位移：间接实现垂向位移：间接实现偏航控制偏航控制俯仰控制俯仰控制滚转控制滚转控制油门控制油门控制飞机的操纵方法飞机的操纵方法横轴横轴纵轴纵轴立轴立轴俯
8、仰俯仰滚转滚转偏转偏转升降舵用于俯仰操纵副翼用于滚转操纵方向舵用于偏转操纵飞机操纵：一杆两舵外加油门。飞机操纵：一杆两舵外加油门。（四）、（四）、 机翼的形状机翼的形状1 1、机翼的剖面形状、机翼的剖面形状( (翼型翼型) )剖面形状剖面形状( (翼型翼型) )平面形状平面形状 机翼的形状机翼的形状(1)(1)、翼弦、翼弦 ( b ): ( b ): 翼型前后缘之间的连线翼型前后缘之间的连线(3)(3)、弧高、弧高（ f ) f ) ：中弧线与翼弦的垂直距离：中弧线与翼弦的垂直距离和翼型上下表面相切的一系列圆的圆心的连线和翼型上下表面相切的一系列圆的圆心的连线(2)(2)、翼型中弧线、翼型中弧
9、线：弯度弯度翼型参数翼型参数(5)(5)、相对弯度、相对弯度 fmax fmax b b100%100%f=f=(6)(6)、相对厚度、相对厚度最大厚度位置最大厚度位置 X Xc c= =X Xc c b b 100%100%最大弯度位置最大弯度位置X Xf f= =X Xf f b b100%100%（厚弦比）（厚弦比）（04%）（316%）（3050%）翼型参数翼型参数CmaxCmax b b100%100%C=C=低速、亚音速翼型：低速、亚音速翼型： 圆头、尖尾、有弯度、有厚度，圆头、尖尾、有弯度、有厚度，最大弯度、最大厚度位置靠前。最大弯度、最大厚度位置靠前。超音速翼型：超音速翼型：
10、尖头、尖尾、对称或接近对称尖头、尖尾、对称或接近对称（无弯度），薄翼（厚弦比小），最（无弯度），薄翼（厚弦比小），最大厚度位置靠近中间。大厚度位置靠近中间。2、机翼平面形状机翼平面形状(1)(1)、机翼面积、机翼面积 S S翼载翼载 = G / S= G / S机翼在水平面机翼在水平面内的投影面积内的投影面积2、机翼平面形状机翼平面形状(2)(2)、根、根梢梢比比 （或梯（或梯形比，用形比，用表示）表示）梢根bb2、机翼平面形状机翼平面形状(3)(3)、翼展（展长）、翼展（展长） L L左右两翼尖之间的距离左右两翼尖之间的距离2、机翼平面形状机翼平面形状(4)(4)、展弦比、展弦比( () )
11、 = = L Lb b平均平均L L2 2S S= =2、机翼平面形状机翼平面形状b平均平均L= S / L = = L Lb b平均平均L L2 2S S= =2、机翼平面形状机翼平面形状展弦用比来描述机翼是粗短还是细长展弦用比来描述机翼是粗短还是细长(5)(5)、后掠角、后掠角 0.250.25机身纵轴垂直线机身纵轴垂直线前缘后掠角前缘后掠角后缘后掠角后缘后掠角沿机翼展向沿机翼展向1/41/4弦线弦线点连线与机身纵轴点连线与机身纵轴垂直线之间的夹角垂直线之间的夹角2、机翼平面形状机翼平面形状大大小小中等中等中等中等 大大小小机翼平面形状对空气动力影响最机翼平面形状对空气动力影响最大的参数是
12、展弦比大的参数是展弦比和后掠角和后掠角（五）、（五）、 飞机的分类飞机的分类飞机审定（型号合格证）分类（飞机审定（型号合格证）分类（ FAA CategoryFAA Category）: :正常类正常类Normal Normal 实用类实用类Utility Utility 特技类特技类AcrobaticAcrobatic通勤类通勤类Commuter Commuter 运输类运输类Transport Transport 限制类限制类RestrictedRestricted限用类限用类Limited Limited 娱乐类娱乐类Provisional Provisional 试验类试验类Exper
13、imentalE正常类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为正常类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为9 9座或座或9 9座以座以下，最大审定起飞重量为下，最大审定起飞重量为12500 lb12500 lb，用于非，用于非特技飞行的飞机。特技飞行的飞机。实用类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为实用类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为9 9座或座或9 9座以座以下，最大审定起飞重量为下，最大审定起飞重量为12500 lb12500 lb，用于有，用于有限特技飞行的飞机。限特技飞行的飞机。特技类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为特技类飞机：是指座位设置（不包括驾驶员）为9 9座或座或9 9座以
14、座以下，最大审定起飞重量为下，最大审定起飞重量为12500 lb12500 lb，除了所，除了所要求的飞机试验结果表明是必要的限制以外，要求的飞机试验结果表明是必要的限制以外，在使用中不加限制的飞机。在使用中不加限制的飞机。通勤类飞机：飞机是指运载旅客，座位设置（不包括驾驶员）通勤类飞机：飞机是指运载旅客，座位设置（不包括驾驶员）为为1919座或座或1919座以下，最大审定起飞重量为座以下，最大审定起飞重量为19000 lb19000 lb，非特技飞行的螺旋桨多发飞机，非特技飞行的螺旋桨多发飞机运输类飞机：飞机是指航线大型客机，用于定期客运或货运运输类飞机：飞机是指航线大型客机，用于定期客运或
15、货运航班飞行。航班飞行。（五）、飞机的分类（五）、飞机的分类飞行员审定（驾驶执照）分类飞行员审定（驾驶执照）分类类别类别CategoryCategory：定翼机：定翼机AirplaneAirplane和旋翼机和旋翼机RotorcraftRotorcraft。级别级别ClassClass：单发陆地：单发陆地Single-Engine LandSingle-Engine Land、多发陆地、多发陆地Multi-Engine LandMulti-Engine Land、单发水上、单发水上Single-Engine SeaSingle-Engine Sea、多发、多发水上水上Multi-Engine
16、SeaMulti-Engine Sea。型别型别TypeType：飞机的具体型号：飞机的具体型号航空器航空器轻于空气的航空器轻于空气的航空器重于空气的航空器重于空气的航空器气球气球飞艇飞艇固定翼航空器固定翼航空器旋翼航空器旋翼航空器飞机飞机滑翔机滑翔机直升机直升机旋翼机旋翼机扑翼机扑翼机倾转旋翼机倾转旋翼机民用飞机分为两大类：民用飞机分为两大类：用于商业飞行的航线飞机用于商业飞行的航线飞机（也称运输机，客机、货机）（也称运输机，客机、货机）通用航空飞机通用航空飞机（除航线飞机之外，其余统称为通用航空飞机）（除航线飞机之外，其余统称为通用航空飞机）分类 公务机 农业机 教练机 多用途轻型飞机通用
17、航空的定义通用航空飞行管制条例所称通用航空，是指除军事、警务、海关缉私飞行和公共航空运输飞行以外的航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业、矿业、建筑业的作业飞行和医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、遥感测绘、教育训练、文化体育、旅游观光等方面的飞行活动。 本章主要内容本章主要内容1.1 飞机的一般介绍飞机的一般介绍1.2 飞机大气环境的一般介绍飞机大气环境的一般介绍 飞机是在大气的海洋里航行的飞行器。飞机的空气飞机是在大气的海洋里航行的飞行器。飞机的空气动力、发动机工作状态都与大气密切相关。动力、发动机工作状态都与大气密切相关。二、二、 飞机大气环境的一般介绍飞机大气环境的一般
18、介绍（一）、（一）、 大气的组成大气的组成 大气主要有三种成大气主要有三种成分：纯干空气、水蒸气分：纯干空气、水蒸气以及尘埃颗粒。纯干空以及尘埃颗粒。纯干空气含有气含有78%78%的氮气和的氮气和21%21%的氧气，余下的的氧气，余下的1%1%由各由各种其他气体组成。种其他气体组成。 若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平流若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平流层、中间层、电离层层、中间层、电离层(暖层暖层)、和散逸层等五层。、和散逸层等五层。对流层对流层平流层平流层( (同温层同温层) )中间层中间层电离层电离层( (暖层暖层) )温度温度对流层对流层平流层平流层中间层中间层电
19、离层电离层(暖层暖层)（二）、（二）、 大气的分层大气的分层大气的分层大气的分层对流层：大气中最低的一层。对流层中对流层：大气中最低的一层。对流层中气温随高度增加而降低，空气的对流运气温随高度增加而降低，空气的对流运动极为明显，对流层中集中了大气四分动极为明显，对流层中集中了大气四分之三的质量和几乎全部水蒸汽，是天气之三的质量和几乎全部水蒸汽，是天气变化最复杂的层次，也是对飞行影响最变化最复杂的层次，也是对飞行影响最重要的层次。飞行中所遇到的各种重要重要的层次。飞行中所遇到的各种重要天气现象都出现在这一层，如雷暴、浓天气现象都出现在这一层，如雷暴、浓雾、低云雾、雨、雪、大气湍流、风切雾、低云雾
20、、雨、雪、大气湍流、风切变等。低速飞行的飞机一般在这一层中变等。低速飞行的飞机一般在这一层中飞行。飞行。 平流层：位于对流层之上，在平流层中平流层：位于对流层之上，在平流层中空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和尘粒含量也较少，因而气流比较平缓、尘粒含量也较少，因而气流比较平缓、能见度佳。现代喷气旅客机一般都在平能见度佳。现代喷气旅客机一般都在平流层作巡航飞行。但平流层中空气稀薄，流层作巡航飞行。但平流层中空气稀薄，飞机的稳定性和操纵性恶化，这又是不飞机的稳定性和操纵性恶化，这又是不利的一面。在平流层飞行的飞机，必须利的一面。在平流层飞行的飞机，必须使用气密增压座
21、舱。使用气密增压座舱。 民用飞机的飞行范围仅限于民用飞机的飞行范围仅限于对流层和平流层对流层和平流层1.1.空气密度：空气密度：( () ) 单位体积内的空气质量。单位体积内的空气质量。 Vm质量质量体积体积3/mkg国际单位制单位国际单位制单位 空气密度大，说明单位体积内的空气分子多，比较稠密；空气密度大，说明单位体积内的空气分子多，比较稠密；空气密度小，说明单位体积内的空气分子少，比较稀薄。空气密度小，说明单位体积内的空气分子少，比较稀薄。千克千克/米米 3 大气的特性主要包括：密度、压力大气的特性主要包括：密度、压力( (压强压强) )、温度、温度、湿度、粘性和可压缩性等湿度、粘性和可压
22、缩性等 （三）、大气的特性（三）、大气的特性高度增加，大气密度减小。高度增加，大气密度减小。2.2.大气压力（压强）：大气压力（压强）：(p) (p) 大气压力产生的原因：一是大气压力产生的原因：一是上层空气的重力对下层空气造成上层空气的重力对下层空气造成了压力；二是空气分子不规则的了压力；二是空气分子不规则的热运动撞击物面的结果。热运动撞击物面的结果。国际单位制单位国际单位制单位 帕帕(Pa) N/(Pa) N/ 百帕百帕(hPa)(hPa)常用度量大气压力的单位还有常用度量大气压力的单位还有: :毫米汞柱毫米汞柱 mmHgmmHg英寸汞柱英寸汞柱 inHginHg磅每平方英寸磅每平方英寸(
23、psI)(psI) ) 物体单位面积上所承受的物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。空气的垂直作用力。高度增加，空气压力减小。高度增加，空气压力减小。3.3.空气温度空气温度温度的高低表明了空气分子不规则热运动平均动能的大小。温度的高低表明了空气分子不规则热运动平均动能的大小。 度量温度的单位有：摄氏温度（度量温度的单位有：摄氏温度（C ),C ),华氏温度华氏温度（F )F )和绝对温度和绝对温度( (K )K )。空气温度是指空气的冷热程度。空气温度是指空气的冷热程度。95)32(FCTT15.273CKTT4.4.空气湿度：湿度是指空气的潮湿程度，常用相空气湿度：湿度是指空气的潮湿程度
24、，常用相对湿度来表示。对湿度来表示。 露点温度：当温度降低至相对湿度为露点温度：当温度降低至相对湿度为100%100%时的温度。时的温度。相对湿度是空气中所含湿气（水蒸气）与空气中所相对湿度是空气中所含湿气（水蒸气）与空气中所能包含的最大湿气之比。能包含的最大湿气之比。当相对湿度为当相对湿度为100%100%时，说明大气中含有的水蒸气量时，说明大气中含有的水蒸气量已达到了最大值，水蒸气处于饱和状态。已达到了最大值，水蒸气处于饱和状态。不同温度下，大气所含水蒸气最大量是不同的，不同温度下，大气所含水蒸气最大量是不同的，温度越高，它能含有的水蒸气最大量越大。温度越高，它能含有的水蒸气最大量越大。5
25、. 5. 粘性粘性定义：当空气内部发生相对运动时，流速不同的相临定义：当空气内部发生相对运动时，流速不同的相临空气层相互牵扯的特性。空气层相互牵扯的特性。 相邻两个流速不同的空气层相互牵扯的作用力，叫粘性相邻两个流速不同的空气层相互牵扯的作用力，叫粘性力（内摩擦力）。力（内摩擦力）。速度梯度速度梯度粘性力粘性力粘性系数粘性系数相邻两空气层相邻两空气层接触面积接触面积粘性力的大小：速度梯度粘性力的大小：速度梯度 空气温度空气温度 接触面积接触面积粘性力粘性力。 不同流体的粘性系数各不相同，同一流体的粘性不同流体的粘性系数各不相同，同一流体的粘性系数也与温度有关。液体的粘性系数随温度的升高系数也与
26、温度有关。液体的粘性系数随温度的升高而降低，而气体的粘性系数则随温度的升高而增大。而降低，而气体的粘性系数则随温度的升高而增大。流体粘性系数随温度的变化流体粘性系数随温度的变化气体温度气体温度粘度系数粘度系数液体温度液体温度粘度系数粘度系数v空气的压缩性是指一定量的空气当压力或温度改变时，空气的压缩性是指一定量的空气当压力或温度改变时，其密度和体积发生变化的特性。其密度和体积发生变化的特性。6.6.可压缩性可压缩性 凡是物质都具有一定程度的可压缩性，液体是极难凡是物质都具有一定程度的可压缩性，液体是极难压缩的，而空气容易压缩，所以空气动力学又称为可压压缩的，而空气容易压缩，所以空气动力学又称为
27、可压缩的流体力学。缩的流体力学。低速飞行（低速飞行（M M0.40.4）认为不可压）认为不可压高速飞行（高速飞行（M M0.40.4）可压）可压等密度还是变密度是低、高速流动的最根本的分界点等密度还是变密度是低、高速流动的最根本的分界点1.2.4 国际标准大气国际标准大气（四）、（四）、 国际标准大气国际标准大气(ISA)(ISA) 飞行中作用在飞机上的空气动力和发动机推力，在其它飞行中作用在飞机上的空气动力和发动机推力，在其它条件相同的情况下，取决于介质条件相同的情况下，取决于介质(大气大气)的压强、温度及其它的压强、温度及其它物理性质。大气的压强、密度和温度等参数在地球表面不同物理性质。大
28、气的压强、密度和温度等参数在地球表面不同的几何高度上，在不同的纬度上，不同的季节，以及一天内的几何高度上，在不同的纬度上，不同的季节，以及一天内不同的时间上是各不相同的。这样一来，同一飞机在不同的不同的时间上是各不相同的。这样一来，同一飞机在不同的时间、不同地点所进行的同一种纲目飞行的结果也就各不相时间、不同地点所进行的同一种纲目飞行的结果也就各不相同了。同了。 为了便于作性能计算，便于整理飞行试验数据，便于同一为了便于作性能计算，便于整理飞行试验数据，便于同一类飞机进行性能比较，国际航空界根据多年观测北半球中等类飞机进行性能比较，国际航空界根据多年观测北半球中等纬度区域内，各高度上的大气压强
29、、温度、密度等的年平均纬度区域内，各高度上的大气压强、温度、密度等的年平均值的结果。将大气参数加以模型化，制定了国际标准大气。值的结果。将大气参数加以模型化，制定了国际标准大气。1.2.4 国际标准大气国际标准大气 所谓国际标准大气，简称所谓国际标准大气，简称ISAISA，就是人为地规定一个，就是人为地规定一个不变的大气环境，作为计算和试验飞机的统一标准。不变的大气环境，作为计算和试验飞机的统一标准。其大气参数（其大气参数（T T、P P）只随）只随 H H 变化，变化，不随时间、地点、季节变化。不随时间、地点、季节变化。国际标准大气参数国际标准大气参数海平面气温为海平面气温为288.1528
30、8.15 K K、1515 C C或或5959 F F。海平面气压为海平面气压为1013.25mbar(1013.25mbar(毫巴毫巴) )或或1013.25hPa(1013.25hPa(百帕百帕) )或或29.92inHg(29.92inHg(英寸汞柱英寸汞柱) )。海平面密度海平面密度=1.225kg/m=1.225kg/m-2-2C/1000ftC/1000ft 国际标准大气假设重力加速度为恒定值，海平国际标准大气假设重力加速度为恒定值，海平面高度为零，这一海平面称为面高度为零，这一海平面称为标准海平面。标准海平面。3 3 压强压强 P P 和密和密度度随高度随高度 H H 的的变化是通过气体变化是通过气体动力学的公式计动力学的公式计算得来的。算得来的。 这样，可分这样，可分别计算出各个高别计算出各个高度的温度、压强、度的温度、压强、密度等参数，列密度等参数，列成表格，叫做标成表格，叫做标准大气表准大气表英尺英尺米米百帕百帕压力压力英寸磅英寸磅 英寸汞柱英寸汞柱相对压力相对压力相对密度相对密度 音速音速节节国际标准大气表国际标准大气表摄氏温度摄氏温度v飞机基本构成及功用飞机基本构成及功用v机翼形状机翼形状v国际标准大气国际标准大气
