飞机原理与构造低速空气动力学基础
飞机起飞原理与空气动力学
飞机起飞原理与空气动力学飞机的起飞是整个飞行过程的开始，它必须克服地面摩擦力和重力，通过产生足够的升力来使机身离开地面并进入空中。
这个过程涉及到许多复杂的物理原理和空气动力学的知识。
本文将重点介绍飞机起飞的基本原理以及与之相关的空气动力学知识。
首先，我们需要了解一些基本的概念。
升力是支撑飞机上升的力，它由机翼产生。
升力的大小取决于机翼的几何形状、机翼与空气的相对运动速度以及气动力学特性。
重力是向下的力，它由飞机的质量决定。
为了起飞，升力必须大于等于重力。
飞机起飞的过程可以分为三个主要阶段：加速滑行、离地和攀升。
在加速滑行阶段，飞机使用发动机产生推力，推动飞机前进。
同时，机翼产生的升力也逐渐增加。
为了在起飞过程中保持稳定，飞机的重心必须在起飞姿态下的前方。
在这个阶段，飞机必须克服地面摩擦力和空气阻力，使飞机加快速度以达到起飞所需的最小速度。
离地是飞机起飞过程中的关键步骤。
当飞机的速度达到足够的大小时，空气动力学效应开始起作用。
飞机机翼上的升力产生的垂直向上的力超过了重力，使飞机离开地面。
为了实现离地，飞机必须在合适的位置和速度上升。
一旦飞机离开地面，它会进入到攀升阶段。
在这个阶段，飞机继续增加高度并保持前进。
升力继续克服重力，使飞机能够在空中保持平衡和稳定飞行。
那么，飞机起飞的原理是什么呢？根据伯努利定律，当气流经过机翼时，在机翼上方的气流速度较快，而在下方较慢。
这导致了压强的不平衡，从而产生升力。
机翼的形状和横截面也起到重要作用。
机翼通常呈上下凸起的形状，称为翼型。
翼型的特殊曲率可以帮助加速上方气流的流速，从而增加升力。
此外，机翼后缘的襟翼和副翼等辅助装置也可以调整升力分布，增加起飞性能。
此外，推力也对飞机起飞至关重要。
推力是由发动机产生的向前推动的力，它必须大于飞机的重力和空气阻力，才能确保飞机的加速和离地。
发动机的推力取决于喷气速度和喷气量。
喷气速度取决于发动机喷气口的尺寸和燃烧效率。
喷气量则取决于燃料燃烧速率和发动机的设计。
直升飞机飞行原理
直升飞机飞行原理直升机是一种垂直起降的飞行器，它可以在空中悬停、向前、向后、向左、向右飞行，还可以进行定点停留、低高度飞行、复杂地形涂毒、运输货物等，是一种非常灵活多变的飞行器。
那么，直升机是如何实现这种“绕不过去”的飞行方式的呢？下面，我们来了解一下直升机的飞行原理。
一、空气动力学基础不论是飞机还是直升机，它们都要靠空气动力学来实现飞行。
空气动力学是研究空气对物体的作用的学科。
在空气中，物体移动时，空气会对其产生阻力、升力和推力等作用。
在直升机的飞行中，最主要的就是升力了。
升力是空气对直升机产生的向上的支持力，使其能够腾空而起。
而产生升力的关键，则是由于在直升机的旋转叶片上产生了一个向下的气流，这个气流将气体压缩，使其速度加快，压力降低，形成低压区。
而直升机上方的空气则形成高压区，从而产生了升力。
二、基本构造1.机身部分：直升机的主体部分，其中装置有驾驶室、乘客和货物舱、发动机等。
2.旋翼部分：直升机最重要的部分，由主旋翼和尾旋翼组成。
3.主旋翼：是直升机上的最重要的部分，主要产生升力和推进力。
它是一组大型的可旋转叶片，可以轮流地在上下、左右和前后方向调整。
4.尾旋翼：又称为方向舵，主要负责平衡和转向直升机。
5.起落架：支撑直升机在地面或者水面上的装置。
三、飞行原理我们知道，飞机在飞行中通过翼面产生升力和推力来维持飞行。
而直升机则是通过旋翼来产生升力和推力，从而可以实现垂直起降和各种方向的移动。
正常飞行时，主旋翼的旋转速度越快，升力就越大。
主旋翼在旋转时还产生了空气流，对于尾旋翼而言，这种空气流就相当于一束强劲的风，从而也可以产生升力和推力，平衡直升机并控制飞行方向。
直升机的旋翼不仅可以产生升力和推力，还可以调整飞行方向。
当主旋翼向右旋转时，直升机就会向左飞行，反之亦然。
而尾旋翼则可以扭转调整直升机的飞行方向。
在直升机的飞行过程中，由于旋翼旋转的高速气流形成较大的后向力，所以需要加装平衡重量使其平衡。
飞机的工作原理
飞机的工作原理飞机的工作原理飞机是一种能够在大气中飞行的航空器，它是现代交通工具中最快、最安全和最广泛使用的一种。
飞机的工作原理主要是基于物理和工程学的原理。
本文将从空气动力学、引擎原理和操纵原理三个方面介绍飞机的工作原理。
首先，空气动力学是飞机工作原理的基础。
飞机在飞行过程中依靠空气来提供升力和阻力。
当飞机前进时，空气会沿着机翼上表面流动，同时在机翼的下表面产生负压。
升力是飞机在飞行过程中产生的垂直向上的力，它是由于机翼的形状和空气速度变化造成的。
机翼上表面的曲率和下表面的平直，使得空气在上表面流速快，而在下表面流速慢，从而产生了高低压差，形成了升力。
升力的大小取决于机翼面积、机翼的形状和来流速度等因素。
与升力相对的是阻力，它是飞机在飞行过程中所要克服的空气阻力。
阻力的大小与飞机的形状、气动外形、飞行速度以及来流条件等有关。
其次，引擎原理是飞机工作原理的关键。
飞机引擎主要通过燃烧燃料来产生推力，从而提供飞机的动力。
现代飞机常用的引擎类型有螺旋桨、喷气和涡扇引擎。
螺旋桨引擎通过引擎燃烧室中的燃油燃烧产生高温高压气流，驱动螺旋桨旋转产生推力。
喷气引擎是将压缩空气和燃油混合后，通过燃料燃烧产生高温高压气体，推动涡轮旋转，进而驱动飞机前进。
涡扇引擎则是综合应用了喷气引擎和螺旋桨引擎的优点，既能以高速飞行，又能以低速起降。
最后，操纵原理是飞机工作原理的关键。
操纵原理是指飞机的控制和操纵机构，包括机翼前后调节、副翼和方向舵等。
机翼前后调节机构可以调整机翼的攻角，从而控制飞机的升力和阻力。
副翼是用来控制飞机的滚转运动的，它通过机翼上和下表面的不对称运动，产生差速升力，使飞机产生滚转力矩。
方向舵则用来控制飞机的偏航运动，它通过改变舵面的角度，产生一侧的气流变化，迫使飞机沿着一个弯曲的轨迹飞行。
总之，飞机的工作原理主要是基于空气动力学、引擎原理和操纵原理。
空气动力学为飞机提供了升力和阻力的基础，引擎通过燃烧产生推力，提供飞机的动力，而操纵原理则是控制和操纵飞机的重要原理。
飞机的原理和构造
飞机的原理和构造
飞机的原理主要是基于空气动力学和牛顿力学的原理。
飞机通过机翼产生的升力和飞机自身重力的平衡来实现飞行。
机翼的上表面比下表面更长，使得空气在上方流动的速度更快，压力更低，从而产生向上的升力。
除了机翼，飞机还包括其他重要的构造。
飞机的机身是承载燃料、乘客和货物的部分，通常采用具有高强度和轻质的材料，如铝合金或复合材料。
机身内部还包括飞机的动力系统、通信设备、座位等。
机身前部的驾驶舱是飞行员控制飞机的重要部分。
飞机的发动机是提供推力的关键部分。
常见的飞机发动机有涡轮喷气发动机和螺旋桨发动机。
涡轮喷气发动机通过压缩和燃烧空气来产生高速气流，从而产生推力。
螺旋桨发动机则通过旋转螺旋桨提供推力。
发动机通常位于飞机翼的下方或机身后部。
飞机还需要控制飞行姿态和方向的控制系统。
包括舵面（如副翼、升降舵和方向舵）和襟翼等。
借助这些控制系统，飞行员可以调整飞机的姿态和方向，使其保持平稳的飞行。
此外，飞机还包括起落架、燃油系统、电气系统和空调系统等辅助设备。
起落架用于在起飞和降落时支撑飞机。
燃油系统负责存储和供应燃料给发动机。
电气系统提供电力给飞机的各个部分。
空调系统则用于维持飞机内部的温度和湿度。
总之，飞机的原理和构造是一个相当复杂的系统工程，各个部分相互配合，使得飞机能够在空中安全、平稳地飞行。
直升机的飞行原理与空气动力学基础
直升机的飞行原理一般认为，直升机技术要比固定翼飞机复杂，其发展也比固定翼飞机慢。
但随着对直升机空气动力学、直升机动力学等学科认识的不断深化和先进航空电子技术、新工艺等的应用，直升机在近年来也有了很大的发展，直升机的直线飞行最大速度的世界纪录为400．87km／h，是英国“山猫”直升机于1986年8月11日创造的。
除了创纪录飞行，直升机的一般巡航速度在250～350km／h之间，实用升限达4000～6000m，航程达400～800km。
与固定翼飞机相比，直升机存在速度小、航程短、飞行高度低、振动和噪声较大，以及由此引起的可靠性较差等问题。
直升机飞行的特点是：它能垂直起降，对起降场地没有太多的特殊要求；它能在空中悬停；能沿任意方向飞行；但飞行速度比较低，航程相对来说也比较短。
当前，直升机在民用和军用的各个领域都得到了广泛的应用。
特别是在军用方面，武装直升机在现代战争中发挥的作用越来越大。
此外，吊运大型装备的起重直升机以及侦察、救护、森林防火、空中摄影、地质勘探等多用途直升机应用也非常广泛。
2．6．1直升机旋翼的工作原理旋翼是直升机的关键部件。
它由数片(至少两片)桨叶和桨毂构成，形状像细长机翼的桨叶连接在桨毂上。
桨毂安装在旋翼轴上，旋翼轴方向接近于铅垂方向，一般由发动机带动旋转。
旋转时，桨叶与周围空气相互作用，产生气动力。
直升机旋翼绕旋翼转轴旋转时，每个叶片的工作都与一个机翼类似。
沿旋翼旋转方向在半径r处切一刀，其剖面形状是一个翼型，如图2—67(a)所示。
翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴的桨毂旋转平面之间的夹角称为桨叶的安装角(或桨距)，以表示，如图2—67(b)所示。
相对气流与翼弦之间的夹角为该剖面的迎角。
因此，沿半径方向每段叶片上产生的空气动力R可分解为沿桨轴方向上的分量F和在旋转平面上的分量D。
F将提供悬停时需要的拉力；D产生的阻力力矩将由发动机所提供的功率来克服。
图2-67直升机旋翼的工作原理旋翼旋转所产生的拉力和阻力的大小，不仅取决于旋翼的转速，而且取决于桨叶的桨距。
飞行原理 第二章 低速空气动力学
第二章 第 30 页
0
CD0
●极曲线的深入理解
从原点所引直线与极曲线交于两点，则两点的升阻比相同，较 高者的迎角较大，较高者的平飞速度较小。
第二章 第 31 页
② 不同滑流状态的极曲线
●螺旋桨滑流
第二章 第 32 页
② 不同滑流状态的极曲线
第二章 第 36 页
●地面效应的产生原因
①上下翼面压差增加 ②地面阻碍使下洗流减小 ③下洗角减小，使平尾迎角减小
飞机脱离地面 效应区
第二章 第 37 页
飞机处于地面 效应区
●地面效应的效果
①上下翼面压差增加，从而使升力系数增加。 ②地面阻碍使下洗流减小，使诱导阻力减小，阻力系数减小。 ③下洗角减小，使平尾迎角减小，出现附加下俯力矩（低头力矩）。
I. 零升迎角 0
0
第二章 第 12 页
●翼型在零升迎角下的压强分布
后半部分合力
压强低于 环境气压
压强高于 环境气压
第二章 第 13 页
前半部分合力
气动中心
压强低于 环境气压
II. 升力系数曲线斜率
CL CL ( 0 )
C
L
第二章 第 14 页
III.临界迎角和最大升力系数
CL max
第二章 第 15 页
迎角
●升阻比随迎角的变化规律
➢ 从零升迎角到最小阻力迎角，升力增加较快，阻力增加缓慢， 因此升阻比增大。在最小阻力迎角处，升阻比最大。
➢ 从最小阻力迎角到临界迎角，升力增加缓慢，阻力增加较快， 因此升阻比减小。
➢ 超过临近迎角，压差阻力急剧增大，升阻比急剧减小。
第二章 第 27 页
模块2 飞机的低速空气动力《飞行原理》教学课件
2.3 飞行阻力
2.3.1 低速附面层
1 . 附面层的形成 附面层：就是指在紧贴物体表面，气流速度从物面速度为零处逐渐增大到 99%主
流 速度的很薄的空气流动层。沿物面法向的速度分布称为附面层的速度型。
平板表面的附面层
2.3.1 低速附面层
2. 附面层的特点 （1）附面层内沿物面法线方向压强不变且等于法
《飞行原理》
✩精品课件合集
第 2章
飞机的低速空气动力
目录
CONTENTS
01 2.1空气流动的描述 02 2.2升力 03 2.3飞行阻力 04 2.4飞机的低速空气动力性能 05 2.5增升装置的增升原理
2.1 空气流动的描述
2.1.1 流体模型化
1.理想流体 忽略流体黏性作用的流体，称为理想流体。空气流过飞机时，一般只在贴近飞机
附面 层的厚度
2.3.1 低速附面层
3. 层流附面层和紊流附面层 所谓层流，就是气体微团沿物面法向分层流动，互不混淆。 所谓紊流，就是气体微团除了沿物面流动外，还有明显地沿物面法向上下乱动的现象，
使各层之间有强烈的混合，形成紊乱的流动。 气流沿物面流动时，在物面的前段一 般是层流，后段是紊流，层流与紊流之间的过渡区，
附面层的速度梯度
2.3.2 阻力的产生
1. 摩擦阻力 由附面层理论可知，空气流过机翼时，紧贴机翼表面的一层空气，其速度恒等
表面的地方（附面层）考虑空气黏性的影响，其他地方则按理想流体处理。 2.不可压流体
忽略流体密度的变化，认为其密度为常量的流体，称为不可压流体。空气流过飞 机时，密度要发生变化，其变化量的大小取决于 M 的大小。 3.绝热流体
不考虑热传导性的流体，称为绝热流体。
cjp-第二章空气动力学基础
◦ 对于完全气体，有
pRT
4.粘性μ
◦ 当流体内两相邻流层的流速不同时，两个流层接触面上 便产生相互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就叫粘性。
◦ 实验表明：流体的粘性力F 与相邻流层的速度差Δv=v1v2 、接触面的面积 ΔS 成正 比，和相邻流层的距离Δy 成反比。
5.可压缩性E
◦ 是指一定量的空气在压力变化时，其体积发生变化的特 性。可压缩性用体积弹性模量 E 来衡量 ，其定义为产 生单位相对体积变化所需的压力增量。E 值越大，流体 越难被压缩。
◦ 在通常压力下，空气的E值相当小，约为水的1/20000。 因此，空气具有压缩性，而水则视为不可压缩流体。
◦ 一般情况下飞机低速飞行（Ma＜0.3）时，视为不可压 缩流体；高速飞行（Ma≥0.3）时，则必须考虑空气的可 压缩性。
3.流场、定常流和非定常流
◦ 流体流动所占据的空间称为流场，用来描述表示流体运 动特征的物理量，如速度、密度、压力等等。
◦ 在流场中的每一点处，如果流体微团的物理量随时间变 化，这种流动就称为非定常流动，这种流场被称为非定 常流场；反之，则称为定常流动和定常流场。
4.流线、流线谱、流管
◦ 流线是在流场中用来描绘流体微团流动状态的曲线。在 流线每一点上，曲线的切线方向正是流体微团流过该点 时流动速度的方向。
◦若
S1＞ S2 ＞ S3
◦则
v1＜ v2＜ v3
p1＞ p2＞ p3
实验验证
◦ 空气静止时，各处大气压力都一样，等于此处的大气压 力，测压管中指示剂液面的高度都相等。
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空气的基本性质
㈢ 中间层
大气结构
平流层之上，到高于海平面50～85 km的一层为中间层。 含有大量的臭氧，气温随高度的增加而下降得很快，到顶 部气温降至160～190 K。下层气温比上层高，有利于空气 的垂直对流运动，又称为高空对流层或上对流层。中间层 顶部尚有水汽存在，可出现很薄且发光的“夜光云”，在 夏季的夜晚，高纬度地区偶尔能见到这种银白色的夜光云。
飞行环境对飞行器的飞行轨 迹、结构、元件、材料、飞行性 能以及作战效率等都有十分明显 的影响。
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空气的基本性质 地球
椭球体
半长轴(赤道半径) 6378.1 km
半短轴(极半径) 6356.8 km
质量
5.977×1021 t
运动 自转、公转
阿波罗飞船看到的地球
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地球升起在月球的地平线上 4
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空气的基本性质
对流层的特点：
大气结构
一、对流层包含了大气层质量 四分之三的大气，气 体 密度最大，大气压力也 最 高；
二、气温随高度升高而逐渐降 低；
三、空气上下对流剧烈，风向 风速经常变化；
四、有云、雨、雾、雪等天气 现象。
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空气的基本性质
㈡ 平流层
大气结构
第二章 低速空气动力学基础
一、空气的基本性质 二、低速气流的特性 三、机翼的外形参数 四、翼型的升力和阻力 五、机翼的三元效应 六、改善翼型形状对升力系数的影响
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空气的基本性质
定义：飞行器飞行时所处的环境
条件，称为飞行环境
如：大气、压强、密度、温度、 湿度、风、雨、雪、云、雾、…
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空气的基本性质
大气的物理性质
2、 连续性
在研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体分子 之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成是连续的 介质。这就是在空气动力学研究中常说的连续性假设。
3、 粘性
大气的粘性力是相邻大气层之间相互运动时产生 的牵扯作用力，即大气相邻流动层间出现滑动时产生 的摩擦力，也叫做大气的内摩擦力。 在常温下，水 的内摩擦系数为1.002×10-3 Pa·s，而空气的内摩 擦系数为1.81×10-5 Pa·s，其值仅是水的1.81％。
声速随着温度的变化而变化。在对流层中，气温随高度而 降低，声速也随着降低，在11 000 m，声速降低到 296 m/s。
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空气的基本性质
大气的物理性质
1、 大气的状态参数和状态方程
大气的状态参数是指压强P、温度T 和密度ρ 这三个参数。它们之间的关系 可以用气体状态方 程表示，即如右：
符号
单位
密度
ρ
kg/m3
温度
T
K
压强
p
Pa
声速
c(a)
m/s
粘度
μ
Pa·s
流动流体的物理量和参数
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空气的基本性质
中间层的特点：
大气结构
一、所含大气质量只占大气 总质量的 1/3000 左右；
二、气温随高度升高而下降；
三、含有大量的臭氧。
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空气的基本性质
㈣ 热层
大气结构
从中间层顶部到高出海平面800 km之间的一层称为热层，又叫 电离层。这一层空气密度很小，在700 km厚的气层中，只含有大气 总质量的0.5％。在120 km的高空，声波已难以传播；270 km高空， 大气密度只有地面的一百亿分之一，热层中气温很高，且随高度增 高而上升。在300 km高度上，气温高达1000℃以上。热层空气由于 直接受到太阳短波辐射，处于高度电离状态，所以这一层又叫做电 离层质
大气的物理性质
4、 可压缩性
流体是气体（如空气）和液体（如水）的统称。 流体可压缩性是指流体的压强改变时其密度和体积也改变的 性质。
当气流速度较小时，压强和密度变化很小，可以不考虑 大气可压缩性的影响。但当大气流动的速度较高时，压强和 速度的变化很明显，就必须考虑大气可压缩性。
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空气的基本性质
㈤ 散逸层
大气结构
热层顶界以上为散逸层，又叫外层。在此层内，空气极其稀薄， 又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断地向星际空间逃 逸。这层内的大气质量只有整个大气质量的10－11，大气外层的顶界 约为2000～3000 km的高度。
根据宇宙火箭探测资料表明，地球大气圈之外，还有一层极其 稀薄的电离气体，其高度可延伸到22000 km的高空，称之为地冕。 地冕也就是地球大气向宇宙空间的过渡区域，人们形象地把它比作 是地球的“帽子”。
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一般认为液体是不可压缩的，气体是可压缩的 17
空气的基本性质
大气的物理性质
5、 声速
声速是指声波在物体中传播的速度。 声速的大小和传播介 质有关。在水中的声速大约为1440米/秒；而在海平面标准状态 下，在空气中的声速仅为341米/秒。由此可知介质的可压缩性 越大，声速越小（如空气）；介质的可压缩性越小，声速越大 （如水）。
空气的基本性质
大气
垂直方向上特性变化显著
（密度、温度、压强、…）
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10km高度
ρ≈1/3 ρ0 p≈1/4 p0
100km高度
ρ≈ 4×10-7 ρ0 p≈ 3×10-7 p0
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空气的基本性质
大气结构
根据大气中温度随高度的变化， 可将大气层分为五层：根据大气中 温度随高度的变化，可将大气层分 为五层：
在对流层的顶部，直到 高于海平面约50km的这一层， 气流运动相当平稳，能见度 佳，平流层下端称同温层。 而且主要以水平运动为主， 故称为平流层。
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空气的基本性质
平流层的特点：
大气结构
一、平流层集中了全部大气质量 的四分之一不到的空气；
二、气温随高度的增加起初基本 保持不变（约为216K）,到 20～32km以上，气温升高较快， 到了平流层顶，气温升至 270～290 K。
㈠ 对流层
大 气
㈢ 中间层
的
㈡ 平流层
分
层
㈣ 热层
㈤ 散逸层
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大气层分布
空气的基本性质
㈠ 对流层
大气结构
大气中最低的一层， 受地面的影响最大。地 面附近的空气受热上升， 位于上面的冷空气下沉， 进而发生对流运动，对 流层赤道区16~18km,中 纬度区9~12km,南北极 7~8km; ¾的大气质量， 几乎全部的水汽，有天 气变化