1、概述飞行器飞行时的外界条件是怎样的？确保飞行器能够飞行的作用力是如何产生的？飞行器在飞行中如何克服各种扰动？如何操纵飞行器进行飞行？如何从飞行特性的角度评价飞行器的优劣？如何通过试验的方法研究飞行器的特性？需要解决的问题飞行环境 人类的家园地球位于太阳系，是距太阳第三近的行星，公转周期一年，自转周期一天。地球实际为一椭球体，半长轴6378.1Km，半短轴6356.8Km，近似为半径6 3 7 0 K m 的 球 体，质 量5.9771021吨。飞行环境 v 大气总质量的90%集中在地球表面15千米高度以内；v 总质量的99.9%集中在地球表面50千米高度以内；飞行环境飞行环境飞行环境飞行环境飞
2、行环境飞行环境飞行环境飞行环境飞行环境太阳系标准大气国际标准大气的规定：n大气被看成完全气体；n以海平面的高度为零。且在海平面上,大气的标准状态为：气温T15 压强p1标准大气压（即p10330 kg/m2）密度1.2250 kg/m3 音速a340 m/s标准大气v 大气的状态参数和状态方程 状态参数：压强、温度和密度。状态方程：pRT标准大气v 连续性（连续性假设）v 粘性 相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力，叫做大气的内摩擦力，也叫大气的粘性。v 声速 声波是一个振动的声源在介质中传播时产生的疏密波。空气中的声速：340米/秒标准大气v 可压缩性 当气体的压强改变时其密度和体积改变
3、的性质。低速时：气体压强、密度变化都很小，可不考虑气体压缩性；高速时：气体压缩性显著，对飞行器的气动力有显著影响，甚至质的变化。飞行器飞行原理流动流体的基本规律1.飞行相对运动原理流动流体的基本规律2.流体的连续性定理 质量守恒定律-质量不会自生也不会自灭。流体的质量流量-单位时间流过横截面面积S的流体质量：q=s v 流动流体的基本规律流体连续性方程：1s1v1=2s2v2=3s3v3=const.即：s v=const.当流体不可压缩时，即：=const.时：有：s v=const.流动流体的基本规律3.伯努利定理 管道中以稳定的速度流动的流体，若流体不可压缩，且与外界无能量交换，则沿管道
4、各点的流体的静压与动压之和等于常量。伯努利方程 p+1/2 v2=P=const.静压动压总压常数（*不可压理想流体）流动流体的基本规律4.低速流动空气的特性 根据流体连续性定理和伯努利定理，可以得到以下：流体在管道中流动时，凡是管道剖面大的地方，流体的流速就小，流体的静压就大，而管道剖面小的地方，流速就大，静压就小。即：若 A1 A2 则 v1 v2 p1 p2 5.高速流动空气的特性 当气流速度达到或超过声速时，气流受到强烈的压缩，相对于速度的改变，密度的变化占了主导地位，从而流动特性与低速气流产生了本质的差别。有：若 A1 A2 则 v1 v2 p1 p2流动流体的基本规律流动流体的基本
5、规律飞机的升力和阻力：在飞机的重心处；：在飞机的纵轴上，指向头部为正；：位置和指向按右手定则确定，即从左机翼通过重心到右机翼。机体坐标系(国内)飞机的升力和阻力：在飞机的重心处；：在飞机的纵轴上，指向头部为正；：位置和指向按右手定则确定，向下为正。机体坐标系(欧美)：机翼的横剖面形状。翼型最前端的一点叫“前缘”，最后端一点叫“后缘”。飞机的升力和阻力飞机的升力和阻力翼弦：翼型前后缘之间的连线；其长度称为弦长，通常以 b 表示。若机翼的平面形状不是矩形，则采用“平均气动力弦长”来代替弦长，平均气动力弦长用bba表示，定义为：bba=S/L。飞机的升力和阻力：机翼翼尖两端点之间的距离，也叫展长，以
6、“L”表示。：展长和平均气动力弦长之比;以 表示，即：=L/bba=L2/S。飞机的升力和阻力：以翼弦为基础作垂线，每一条垂线在翼形内的长度即为该处的翼型厚度，以c表示。相对厚度：厚度线中点的连线叫中弧线。中弧线与翼弦之间的最大距离叫翼形的最大弯度，以fmax表示。相对弯度%100)(maxbcc%100)(maxbff飞机的升力和阻力：机翼的翼根弦长与翼尖弦长之比，也称“梯形比”或“尖削比”,以=b根弦/b梢弦表示。：通常以表示前缘后掠角0后缘后掠角1 1/4弦线后掠角0.25 飞机的升力和阻力：机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角，以表示。：翼弦与相对气流速度v之间的夹角，也称为飞机
7、的攻角，通常以表示。飞机的升力和阻力通常，机翼翼型的上表面凸起较多而下表面比较平直，再加上有一定的迎角。这样，从前缘到后缘，上翼面的气流流速就比下翼面的流速快；上翼面的静压也就比下翼面的静压低，上下翼面间形成压力差，此静压差称为作用在机翼上的空气动力。飞机的升力飞机的升力和阻力空气动力是分布力，其合力的作用点叫做压力中心。空气动力合力在垂直于气流速度方向上的分量就是机翼的升力。空气动力的分布随迎角的不同而变化。因此，飞机升力的大小也随迎角的改变而变化。飞机的升力和阻力v 机翼面积的影响v 相对速度的影响v 空气密度的影响 影响飞机升力的因素v 机翼剖面形状和迎角的影响飞机的升力和阻力升力的计算
8、公式：212yYCvS（）式中：为飞机所在高度处的空气密度，v为飞机的飞行速度,(1/2v2)为动压，S为机翼的面积，Cy为升力系数。飞机的升力和阻力对于某一种翼型、某一种机翼剖面形状，通常通过实验来获得升力系数与迎角的关系曲线，即Cy曲线。飞机的升力和阻力在Cy曲线中，对应于升力系数等于零的迎角称为；对应于最大升力系数Cymax的迎角叫或。当飞机的迎角小于临界迎角时，升力系数随着迎角的增大而增大；当迎角超过临界迎角后，迎角增大，升力系数却急剧下降，这种现象称为。飞机的升力和阻力失速飞机的升力和阻力飞机的阻力作用在飞机上的空气动力在平行于气流速度方向上的分力就是飞机的阻力。按阻力产生的原因，飞
9、机低速飞行时的阻力一般可分为：、。飞机的升力和阻力摩擦阻力摩擦阻力当气流流过飞机表面时，由于空气存在粘性，空气微团与飞机表面发生摩擦，阻滞了气流的流动，由此而产生的阻力叫做摩擦阻力。摩擦阻力是在中产生的。飞机的升力和阻力所谓附面层就是紧贴物体表面，流速由外部流体的自由流速逐渐降低到零的那一层薄薄的空气层。附面层中气流的流动情况也是不同的，可分为和。附面层飞机的升力和阻力层流附面层：气流各层不相混杂而成层流流动，其摩擦阻力较小。紊流附面层：气流活动杂乱无章，并出现漩涡和横向运动，但整个附面层仍然附着于翼面，其摩擦阻力较大。转捩点：层流附面层转变为紊流附面层的点。分离点：附面层开始脱离翼面的点。尾
10、迹：附面层脱离了翼面而形成大量宏观的漩涡。飞机的升力和阻力影响摩擦阻力的因素v 空气的粘性v 飞机表面的形状（光滑程度）v 同气流接触的飞机表面积的大小（浸润面积）v 附面层中气流的流动情况飞机的升力和阻力压差阻力压差阻力运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。飞机的升力和阻力影响压差阻力的因素影响压差阻力的因素v 物体的迎风面积v 物体的形状飞机的升力和阻力诱导阻力是翼面所独有的一种阻力，它是伴随着升力的产生而产生的，因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。诱导阻力诱导阻力 飞机的升力和阻力影响诱导阻力的因素影响诱导阻力的因素v 机翼的平面形状v 机翼的展弦比飞机的升力和
11、阻力干扰阻力干扰阻力干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。为 了 减 小 干 扰阻力，必须妥善地考虑和安排各个部件的相对位置，在这些部件之间必要时应加装整流片。飞机的升力和阻力阻力的计算公式：212xXCvS（）与计算升力时不同的是：vCx为阻力系数。对某一翼型、某一平面形状的机翼而言，阻力系数Cx不仅与迎角有关，而且还与速度v的大小有很大关系。阻力系数曲线同样也由试验获得。vS为参考面积，计算时应视使用的部件不同而不同。高速飞行的一些特点音波：声源在空气中震动，会使周围空气形成周期性的压强和密度变化的疏密波。传播声音的空气疏密波叫做音波。音速：音波在空气中传播的速
12、度。高速飞行的一些特点马赫数：v马赫数简称M数，用以描述空气受压缩的程度。v马赫数的数学表达式为：M=v/a 式中：v表示飞机在一定高度上的飞行速度，a表示当时飞机所在位置处的音速。高速飞行的一些特点当气流速度接近和高于音速时，大气呈现出强烈的压缩和膨胀现象，压力、密度和温度都会发生显著的变化，气流特性会出现一些不同于低速流动的质的差别。高速气流的特性高速飞行的一些特点 在高速流动时，一维流管中气流速度v和所流过的流管截面积s之间的关系为：式中，M为气流的马赫数，ds为流管截面积s的变化量；dv为气流速度v的变化量。2(1)dsdvMsv高速飞行的一些特点 扰动源在静止的空气中以速度v作等速直
13、线运动，根据扰动源的不同运动速度，会出现四种可能的情况：扰动源静止不动：M0扰动源以亚音速运动：0 M 1扰动源以等音速运动：M 1扰动源以超音速运动：M 1高速飞行的一些特点M=0由于扰动源静止不动，所以扰动波以音速a向四周传播，形成以扰动源为中心的同心球面波。高速飞行的一些特点0M1由于扰动源以亚音速运动，所以扰动源总是落后于扰动波，形成偏向扰动源前进方向的不同心球面波。高速飞行的一些特点M=1由于扰动源以音速运动，所以扰动波总是与扰动源同时到达某一点，扰动波都迭聚在扰动源处，形成一个垂直于扰动源前进方向的波面。此波面成为受扰和未受扰空气的分界面。高速飞行的一些特点M1由于扰动源以超音速运
14、动，所以扰动波总是落后于扰动源，在扰动源后面形成一个圆锥面，所有扰动波都被局限在这个锥面内。该锥面称为马赫锥，马赫 锥 的半顶角称为马赫角。显然，M数越大，马赫 锥就越尖锐。高速飞行的一些特点激波：当飞机以等音速或超音速飞行时，在其前面也会出现由无数较强的波迭聚而成的波面，这个波面就称为。激波特性：激波是一层受到强烈压缩的空气层。气流通过激波时，压强、密度、温度突然增加，而速度却大大降低。高速飞行的一些特点激波激波高速飞行的一些特点：波面 与飞行速度垂直。：波面相对于飞行速度有倾斜角。波阻：空气在通过激波时，受到阻滞，流速急骤降低，由阻滞产生的热量使空气加热。加热所需的能量来自动能的消耗，动能
15、的消耗就表示产生了阻力。因为这一阻力是由于形成激波而产生的，所以叫做波阻。高速飞行的一些特点激波强度：波阻的大小与激波的强度有关，即激波强度越大，波阻就越大。正激波的强度总是大于斜激波的强度；且激波面越倾斜，激波强度就越小。影响激波强度的因素：物体形状，尤其是 物体运动速度，即高速飞行的一些特点形状影响形状影响当M1时：v若物体头部圆钝，在物体前面将形成脱体正激波，而沿上下两端逐渐倾斜成斜激波。v若物体头部尖削，形成附着于物体头部的斜激波。高速飞行的一些特点M数影响数影响v当M数等于或稍大于1时，不论物体的形状如何，产生的都将是正激波。v只有当M数超过1一定量时，才有可能形成斜激波。高速飞行的
16、一些特点当飞机的飞行速度达到一定值但还未达到音速时，飞机上某些部位的局部流速却已达到或超过了音速。于是，在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞机的飞行速度尚未达到音速而在机体表面局部激波局部产生的激波称之为“”。高速飞行的一些特点局部激波局部激波局部激波面局部超音速区局部激波面高速飞行的一些特点飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为“临界马赫数”。临界马赫数临界速度是亚音速飞行和跨音速飞行的分界点。临界马赫数高速飞行的一些特点提高飞机的临界马赫数，目的在于推迟局部激波的出现，使飞机不至于过早地产生波阻。提高飞机的临界马赫数可以从以下两个方面采取必要的措施：高速飞行的一些特点在机翼剖面
17、形状方面，可以采用厚度较小、最大厚度靠近翼弦中部的翼型。剖面形状剖面形状高速飞行的一些特点在机翼剖面形状方面，可以采用后掠机翼。平面形状平面形状 后掠翼机提高临界马赫数的原理降低机翼上的有效速度。后掠翼存在的问题 高速飞行的一些特点翼刀翼刀高速飞行的一些特点变后掠变后掠飞机的稳定性和操纵性稳定性的概念：物体的稳定性是指当物体处于平衡状态时，受到微小的扰动而偏离了原来的平衡状态，之后能够自动恢复到原来的平衡状态的特性。飞机的稳定性和操纵性飞机的稳定性：飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的一个重要参数。如果飞机受到扰动之后，在驾驶员不进行任何操纵的情况下能够回到受扰动前的原始状态，则称飞机是稳定
18、的，反之则称飞机是不稳定的。飞机的稳定性包括、和。飞机的稳定性和操纵性纵向稳定纵向稳定性性飞机绕横轴（z 轴）的稳定叫纵向稳定，它反映了飞机的俯仰稳定特性。飞机主要靠水平尾翼和机翼来保证纵向稳定，而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。飞机的稳定性和操纵性纵向稳定性纵向稳定性当飞机受到纵向扰动后，飞机的迎角改变，水平尾翼和机翼所产生的气动力均发生变化，对重心的力矩也产生相应变化。飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。重心越靠后，所产生的恢复力矩就越小，即稳定性就越差，甚至有可能变为不稳定的。飞机的稳定性和操纵性航向稳定性航向稳定性飞机绕立轴（y 轴）的稳定叫方向稳定，也叫航向稳定。飞机
19、主要靠来保证其方向稳定。飞机的侧面迎风面积、机翼后掠角、发动机短舱等对飞机的方向稳定也有一定的影响。飞机的稳定性和操纵性航向稳定性航向稳定性当飞机受到航向扰动发生偏航后，垂直尾翼与方向稳定气流与垂直尾翼之间就有了夹角（侧滑角），使垂直尾翼上产生附加侧向力，相对于重心形成航向稳定力矩。垂尾作用飞机的稳定性和操纵性横向稳定性横向稳定性飞机绕纵轴（x轴）的稳定叫横向稳定性，它反映了飞机的滚转稳定特性。保证飞机横向稳定性的主要因素有、。此外，对横向稳定性也有一定影响。飞机的稳定性和操纵性横向稳定性横向稳定性当飞机受到扰动出现侧滑后，由于存在上反角，使左、右机翼的迎角大小不等，左、右机翼所产生的附加升力
20、也不等，这两个力的差相对于重心形成恢复力矩。上反角越大，飞机的横向稳定就越好。相反，下反角则起横向不稳定作用。上反角作用飞机的稳定性和操纵性横向稳定性横向稳定性后掠角作用当飞机受到扰动出现侧滑后，由于后掠角的存在，使两侧机翼上的有效速度大小不等，两侧机翼所产生的附加升力也就不等，两者之差相对于重心形成恢复力矩。后掠角越大，横向稳定作用也就越强，反则反之。飞机的稳定性和操纵性横向稳定性横向稳定性垂尾作用垂直尾翼之所以能对飞机产生侧向稳定作用，是因为当出现了侧滑以后，垂直尾翼上产生的附加侧向力的作用点位于飞机重心的上方，因而相对于重心也形成恢复力矩。腹鳍因位于重心（机身）的后下方，则起侧向不稳定作
21、用。飞机的稳定性和操纵性飞机的横向稳定和方向稳定是紧密联系且相互影响的，因此通常合称为“横侧稳定”。飞机的侧向稳定和方向稳定必须很好匹配。如若匹配不当，飞机将有可能出现“螺旋不稳定”或“荷兰滚”现象。飞机的稳定性和操纵性飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。飞机的操纵性则指的是飞机对操纵的反应特性，又可以称为飞机的操纵品质。飞机的操纵与操纵性：飞机的稳定性和操纵性飞机的操纵主要是通过驾驶杆和脚蹬等操纵机构偏转飞机的三个主操纵面升降舵、方向舵和副翼来实现的。飞机的操纵包括、和。飞机操纵的实现：飞机的稳定性和操纵性副翼方向舵升降舵副翼飞机的稳定性和操纵性俯仰操纵俯仰操纵使飞机
22、绕横轴（z 轴）作俯仰（纵向）运动的操纵叫俯仰操纵，也称纵向操纵。通过推、拉驾驶杆，使飞机的升降舵（或全动平尾）向下或向上偏转，产生俯仰力矩，从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。飞机的俯仰操纵升降舵驾驶杆驾驶杆飞机的稳定性和操纵性航向操纵航向操纵使飞机绕立轴（y 轴）作偏航运动的操纵叫方向操纵，也称航向操纵。通过蹬脚蹬，使飞机的方向舵向左或向右偏转，产生偏航力矩，从而使飞机向左或向右作偏航运动。飞机的方向操纵方向舵飞机的稳定性和操纵性横向操纵横向操纵使飞机绕纵轴（x 轴）作滚转（倾侧）运动的操纵叫横向操纵。通过左压或右压驾驶杆(左转或右转手轮)使飞机的左、右副翼一侧向下另一侧向上偏转，产生滚转(倾
23、侧)力矩，从而使飞机向左或向右作滚转(倾侧)运动。飞机的稳定性和操纵性在实际飞行中，航向操纵和横向操纵也是不可分的，经常是相互配合、协调进行，因此航向操纵和横向操纵也常合称为“横航向操纵”。航向操纵与横向操纵：飞机的稳定性和操纵性飞机的操纵与飞机的稳定之间存在着一定的排斥关系，因此在飞机设计时必须统筹考虑，协调处理，以满足不同飞机的不同需要。飞机的操纵与飞机的稳定：飞机的飞行性能飞机的飞行性能速度快是飞机的最大特点之一。最主要的飞机速度性能指标包括：速度性能飞机的飞行性能最大平飞速度最大平飞速度最大平飞速度是指飞机在某一高度上作水平飞行时，发动机以最大可用推力工作而飞机所能达到的最大飞行速度，
24、通常简称为最大速度，以vmax表示。由于飞机的阻力和发动机的推力均与飞行高度有关，所以在不同的高度上飞机的最大平飞速度是不相同的。飞机的飞行性能巡航速度巡航速度巡航速度是指发动机在每公里消耗燃油最少的情况下飞机的飞行速度。这个速度一般为飞机最大平飞速度的7080，以巡航速度飞行时最经济而且飞机的航程最大。F-22隐身超音速巡航战斗机飞机的飞行性能最小平飞速度最小平飞速度最小平飞速度是指飞机在某一飞行高度上维持定常水平飞行的最小速度，通常以vmin表示。飞机的最小平飞速度的大小，对飞机的起降性能有很大影响。飞机的飞行性能对于战斗机来说，水平盘旋飞行时半径大小是至关重要的。影响最小盘旋半径的因素很
25、多，比较粗略地分析可以认为飞机的最大升力系数决定它的最小盘旋半径。盘旋性能飞机的飞行性能飞机的爬升性能主要包括：爬升性能飞机的飞行性能爬升率爬升率飞机的爬升率是指单位时间内飞机所上升的垂直高度，通常以vy表示。要提高最大爬升率Vymax，除设法减小阻力和降低飞机重量外，重要的措施是加大推力。飞机的飞行性能升限升限飞机的升限指的是飞机的静升限，包括：理论升限：是指飞机能进行平飞的最大飞行高度。此时的爬升率为零。实用升限：是指飞机的最大爬升率为5m/s时所对应的飞行高度。飞机的飞行性能飞机的续航性能又称耐航性能，对民用飞机而言，主要包括：续航性能飞机的飞行性能航程是指飞机在一次加油的情况下所能达到
26、的最远水平飞行距离。飞机在最大载油量及发动机单位飞行距离耗油率最小的情况下飞行所获得的航程就是飞机的Lmax。飞机的飞行性能续航时间又称航时，指的是飞机在一次加油的情况下在空中所能持续的飞行时间。飞机在最大载油量及发动机单位飞行时间耗油率最小的情况下飞行所获得的续航时间就是飞机的tmax。飞机的飞行性能对于作战飞机来说，飞机的水平加速和减速性能是至关重要的。加/减速性能飞机的水平加速性能由发动机的最大推力来决定。常常用由某一飞行M数增加到另一飞行M数时所需的时间来衡量。现代超音速战斗机由M0.9加速到M1.4，一般在80秒钟左右。飞机的飞行性能加/减速性能良好的减速性能，在空战中对摆脱被动、争
27、取主动有时十分必需。比较减速性能常常用最大平飞速度减到0.7最大平飞速度所需的时间来衡量。飞机上为了提高减速性能多采用减速板或反推力装置。飞机的飞行性能飞机的起降性能是其起飞性能和着陆性能的合称，主要指标有：起降性能飞机的飞行性能起飞距离起飞距离飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升两个主要阶段。起飞距离也称离陆距离，由起飞滑跑距离和起飞爬升距离组成。飞机的飞行性能飞机的起飞距离取决于发动机的推力和飞机的离地速度。发动机的推力影响着飞机的加速性能和爬升性能。而离地速度由飞机的最小平飞速度决定。起飞距离起飞距离飞机的飞行性能着陆距离着陆距离飞机的着陆过程包括下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和着陆滑跑等阶
28、段。着陆距离由着陆下滑距离和着陆滑跑距离组成。飞机的飞行性能着陆距离着陆距离飞机的着陆滑跑距离取决于飞机的着陆接地速度和落地后的减速性能。着陆接地速度同样也由飞机的最小平飞速度决定。为了改善落地后的减速性能，现代大型民用飞机除了在机轮上安装刹车装置外，通常还采用、等装置。飞机的飞行性能减速板减速板减速板是对称地布置在机身和（或）机翼上地阻力板，平时紧贴于飞机表面，使用时打开以增加阻力。飞机的飞行性能反推力装置反推力装置反推力装置是安装在发动机上的附设装置，打开时，对发动机的喷气流造成阻挡，从而形成向前的反推力。飞机的飞行性能减少着陆距离的另一措施-减速伞飞机的飞行性能由于飞机的起降性能与飞机的最小平飞速度有很大关系，因此机翼的最大升力系数 Cymax 起着至关重要的作用。所以现代飞机都采用了不同的增升装置来提高飞机的最大升力系数，从而改善飞机的起降性能。风洞风洞对试验模型的要求 几何相似；运动相似；动力相似，即模型实验的雷诺数要与飞机飞行的雷诺数相等。低速风洞与模型实验要求风洞
