飞行原理(升力和阻力)
飞机空气动力学原理
飞机空气动力学原理飞机空气动力学原理是指飞机在飞行过程中受到空气力学的影响，从而产生升力和阻力的原理。
空气动力学是航空工程中的重要基础学科，它研究飞机在空气中运动时所受到的各种力和力的作用规律，是飞机设计、飞行控制和飞行性能计算的理论基础。
了解飞机空气动力学原理对于飞机设计、飞行控制和飞行性能的提高具有重要意义。
首先，飞机的升力是通过翼面和机身等部件与空气的相互作用产生的。
当飞机在空气中飞行时，翼面上方的气压比下方小，产生了升力。
这种空气动力学原理被称为卡门涡街原理，是飞机能够在空中飞行的基础。
同时，飞机的阻力也是由空气动力学原理产生的。
飞机在飞行过程中，受到空气的阻力，这种阻力是飞机飞行中需要克服的，也是影响飞机速度和燃油消耗的重要因素。
其次，飞机的机动性能与空气动力学原理密切相关。
在飞机设计中，需要考虑飞机在不同速度和高度下的机动性能，这就需要对飞机的空气动力学原理进行深入研究。
通过对飞机的升力、阻力和稳定性等参数的分析，可以优化飞机的设计，提高飞机的机动性能，使其更加适应不同的飞行环境。
此外，飞机的飞行控制也是基于空气动力学原理进行设计和实现的。
飞机在飞行过程中需要通过操纵飞行控制面来改变飞机的姿态和飞行状态，从而实现飞机的飞行控制。
这就需要深入理解飞机在空气中的运动规律，根据空气动力学原理设计飞机的飞行控制系统，保证飞机的飞行安全和稳定性。
总的来说，飞机空气动力学原理是飞机设计和飞行控制的重要理论基础，对于提高飞机的性能和安全具有重要意义。
通过深入研究和理解飞机在空气中的运动规律，可以不断优化飞机的设计和飞行控制系统，提高飞机的机动性能和飞行安全性。
因此，对于飞机设计师和飞行员来说，深入理解飞机空气动力学原理是至关重要的，也是他们不断提高自身技术水平和飞机性能的关键。
飞行器飞行的原理
飞行器飞行的原理
飞行器的飞行原理是基于两个主要的物理原理：升力和推力。
首先是升力原理。
根据伯努利定律，当气体在速度增加的情况下，气体的压力就会降低。
飞行器的翼面具有弯曲的形状，上表面比下表面更长。
当飞行器在空中运动时，空气在翼面上方流动得更快，而在翼面下方则流动得更慢。
这样，上表面的气压就会下降，而下表面的气压就会升高。
由于气压的差异，形成了一个向上的升力，使飞行器能够克服重力并在空中飞行。
其次是推力原理。
飞行器通常使用引擎产生推力。
推力是通过将气体或喷气排出尾部来实现的。
根据牛顿第三定律，当喷气排出时，反作用力会推动飞行器向前运动。
推力的大小取决于喷气速度和喷气量。
通过控制推力的大小和方向，飞行器可以改变速度和方向。
飞行器的飞行过程可以简单描述为下面几个步骤：首先，引擎产生推力，推动飞行器向前运动；同时，翼面形成升力，抵消重力；飞行器在空中保持平衡，并通过尾部的控制面板进行姿态的调整；最后，通过改变引擎的推力和控制面板的角度，飞行器可以改变速度和方向，实现所需的飞行路径。
综上所述，飞行器飞行的原理是通过升力和推力的相互作用来实现。
升力可以使飞行器克服重力，并在空中维持平衡。
推力则产生向前的动力，使飞行器能够飞行。
航模的原理
航模的原理
航模是模拟真实飞行器的飞行原理和机械结构的模型，原理基本上与真实飞行器相同。
下面将介绍航模的原理。
飞行原理：
航模的飞行原理主要是基于三个基本的力学原理：升力、推力和阻力。
升力是航模在飞行时产生的上升力，通过翼面的形状和压力分布来产生。
推力是由发动机产生，将航模向前推动。
阻力是与推力相对抗的力，主要是由空气阻力和重力所产生。
航模的机械结构：
航模的机械结构主要包括机翼、机身、舵面等部分。
机翼是航模产生升力的主要部分，一般采用对称形状的翼面，利用空气流过机翼时产生的气压差来产生升力。
机身是航模的主要结构部分，承受着其他部件的载荷，并提供了航模的稳定性。
舵面是用来改变航模姿态和飞行方向的部件，包括副翼、方向舵、升降舵等。
航模的控制系统：
航模的控制系统主要包括动力系统和操纵系统。
动力系统主要是指发动机，可以是喷气发动机、螺旋桨发动机等各种类型。
操纵系统包括遥控器和舵面等部件，通过遥控器来发送飞行指令，舵面则根据指令的变化来改变航模的姿态和飞行方向。
总结起来，航模的原理主要是通过模拟真实飞行器的飞行原理和机械结构来实现飞行，利用升力、推力和阻力来支持和控制航模的飞行。
机械结构包括机翼、机身和舵面等部件，控制系
统包括动力系统和操纵系统。
通过这些原理和系统的配合，航模能够模拟出真实飞行器的飞行效果。
飞机的设计基本原理
飞机的设计基本原理一、飞行原理飞机的飞行原理主要有动力学原理和气动学原理两个方面。
动力学原理主要涉及飞行的加速度、力和力矩的平衡，以及速度和高度的变化规律；气动学原理主要涉及飞机在空气中的运动和受力情况。
1.动力学原理飞机的动力学原理主要包括牛顿力学定律和牛顿第二定律。
牛顿第一定律规定了外力和内力平衡时，物体将保持匀速直线运动或静止不动；牛顿第二定律则说明了力和加速度之间的关系。
2.气动学原理气动学原理主要包括气流运动定律、升力原理和阻力原理。
气流运动定律主要涉及空气流动、流速和压力分布等；升力原理解释了飞机如何产生升力，使其能在空中飞行；阻力原理则解释了飞机受到的阻力，制约了其速度和飞行距离。
二、机翼设计机翼是飞机的重要组成部分，其设计直接影响着飞机的升力、阻力和飞行稳定性。
机翼的主要设计要素包括翼型、展弦比、后掠角、攻角等。
1.翼型设计翼型是飞机机翼外形的横截面形状，常见的翼型有对称翼型和非对称翼型。
翼型的选择应根据飞机的速度、载荷和任务需求进行合理的设计。
2.展弦比设计展弦比是机翼跨度与翼面积的比值，影响着飞机的升阻比。
一般来说，较大的展弦比可以提高升阻比，但也会增加制造成本和结构重量。
3.后掠角设计后掠角是机翼与飞机航向的夹角，对飞机的阻力、稳定性和操纵性都有影响。
合理的后掠角设计可以降低阻力并提高飞机的操纵性能。
4.攻角设计攻角是机翼气流与机翼弦向之间的夹角，影响着机翼产生升力和阻力的大小。
合理的攻角设计既要保证飞机产生足够的升力，又要避免产生过大的阻力。
三、动力设计飞机的动力设计主要涉及发动机的选择和飞机的推力配置。
1.发动机选择发动机的选择应根据飞机的任务需求和性能要求进行合理的选择。
一般来说，涡轮螺旋桨发动机适用于低速、短途和小尺寸的飞机，而喷气发动机适用于高速、远程和大尺寸的飞机。
2.推力配置推力配置主要指发动机的布置和数量。
常见的推力配置包括单发、双发和多发布置。
合理的推力配置可以提高飞机的安全性和性能。
飞行基本原理
飞行原理简介良好飞行的条件：升力部件（机翼升力占绝大部分）提供的总升力大于飞机总重量；发动机提供的动力大于飞机总阻力（压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干扰阻力）；飞机具有良好的操纵稳定性能（各舵面的相互协调作用）。
升力原理：飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。
由伯努利原理：P=P0+12pv2由上式可知：流体的速度越大，其对应的静压力就越小。
在普通机翼扰流中，上翼面速度大于下翼面速度，则压强分布上大下小，上下翼面的压强差就产生了升力。
如果机翼有一定的迎角（小于临界角），则上下翼面压强差更大升力将更大。
具体的升力公式：F=C⋅1ρV2S l其中，C为升力系数，V为空速，S为机翼面积。
升力系数是迎角的函数，具体如右图。
可见，在机翼迎角不大于临界应交的情况下，升力随着迎角增大而增大，超过临界迎角后将出现失速，升力急剧下降。
机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正压力的作用，一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右，下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。
阻力：飞机飞行时机翼上不仅有升力产生，同时还会由于空气的粘性会产生阻力。
阻力可分为：压差阻力、诱导阻力、干扰阻力、摩擦阻力。
压差阻力：在物体扰流中，压强前大后小，这种由压强差造成的阻力为压差阻力，其大小与物体迎风面积及物体形状有关，迎风面积越小、物体外形越接近流线型压差阻力就越小。
D=C0⋅1ρV2S0诱导阻力：正常飞行中机翼压强上大下小，将在翼尖部位不断形成旋涡，气流下洗，由此影响产生的附加阻力为诱导阻力。
可以通过增加展弦比，选择适当平面形状，增加翼梢小翼来减小诱导阻力。
干扰阻力：飞机各种部件组合到一起后由于气流的相互干扰而产生的一种额外阻力。
摩擦阻力：当空气流过飞机表面的时候，由于空气的粘性作用，在空气和机翼表面之间会产生摩擦阻力。
其大小与空气粘性的大小、物体表面光滑程度以及物体与空气接触面积等因素有关。
讲解飞机起飞降落原理
讲解飞机起飞降落原理作为人类最伟大的发明之一，飞机的起飞和降落一直以来都是人们津津乐道的话题。
那么，飞机是如何实现起飞和降落的呢？本文将以人类的视角来详细解析飞机起飞和降落的原理。
一、飞机起飞原理飞机起飞是指飞机从地面升空的过程。
在起飞过程中，飞机需要克服重力和空气阻力，通过产生升力来使飞机离开地面。
飞机起飞的原理主要包括以下几个方面。
1.升力原理升力是飞机能够离开地面并保持在空中飞行的关键。
升力的产生是由于飞机机翼上方的气流速度比下方快，根据伯努利定律，气流速度越快，气压越低。
因此，机翼上方气流的低气压区域会形成一个向上的力，即升力。
飞机通过机翼的形状和倾斜角度来产生升力。
2.推力原理推力是飞机起飞的另一个重要原理。
飞机起飞时需要克服地面摩擦力和空气阻力，通过产生足够的推力来推动飞机前进。
推力主要由飞机的发动机提供，发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体，并通过喷射出来达到推力的效果。
3.速度原理在飞机起飞过程中，飞机需要达到一定的速度才能取得足够的升力和推力。
飞机的速度取决于飞机的重量、气温、气压等因素。
通常情况下，飞机在起飞前需要加速到一定的速度，称为起飞速度。
起飞速度的确定是根据飞机的性能和安全考虑进行综合考虑的。
二、飞机降落原理飞机降落是指飞机从空中回到地面的过程。
在降落过程中，飞机需要通过减小升力和推力来实现安全着陆。
飞机降落的原理主要包括以下几个方面。
1.减小推力在飞机降落前，飞机需要逐渐减小发动机的推力，减少飞机前进的速度。
通过减小推力，飞机可以逐渐减速，以便安全着陆。
2.减小升力在飞机降落过程中，飞机需要逐渐减小升力，使飞机下降。
通常情况下，飞机会通过增加机翼的倾斜角度来减小升力。
此外，飞机还可以通过增加阻力来减小升力，例如通过放出襟翼和扰流板等。
3.减小速度在飞机降落过程中，飞机需要逐渐减小速度，以便安全着陆。
飞机的速度减小主要通过减小推力和增加阻力来实现。
此外，飞机还可以通过收回襟翼和扰流板等来减小阻力。
飞机飞行的基本原理
飞机飞行的基本原理飞机飞行的基本原理主要包括三个方面：升力、阻力和重力。
1.升力：升力是由空气动力学原理产生的，它是由翼面上的气流产生的。
当翼面运动时，空气会在翼面上形成高压区和低压区，高压区下方产生升力，使飞机向上升。
2.阻力：阻力是飞机穿过空气时产生的阻碍力，包括空气阻力和摩擦阻力。
空气阻力是由飞机前进时空气对飞机表面的摩擦产生的，而摩擦阻力则是由飞机表面摩擦空气产生的。
3.重力：重力是由地球对物体产生的向下的引力。
飞机在飞行过程中需要不断产生升力来抵消重力的作用，以维持飞行。
当飞机的升力大于阻力和重力的总和时，飞机就会上升，而当升力小于阻力和重力的总和时，飞机就会下降。
飞机的驾驶员通过调整飞机的姿态和动力系统来控制飞机的升降和飞行速度。
除了升力、阻力和重力这三个基本原理之外，飞机飞行还需要考虑其他因素。
4.气流：空气的流动对飞机的飞行有重要影响。
飞机在飞行中会遇到不同类型的气流，如下推气流、上升气流和下沉气流等。
飞机的驾驶员需要根据气流的类型和强度来调整飞机的姿态和动力系统，以确保飞机的安全飞行。
5.气压: 气压的变化会对飞机的飞行产生影响。
飞机在飞行中会经历高气压和低气压，高气压会使飞机升高，而低气压则会降低飞机。
飞机的驾驶员需要根据气压的变化来调整飞机的姿态和动力系统。
6.温度：温度的变化也会对飞机的飞行产生影响。
高温会使飞机升高，而低温则会降低飞机。
飞机的驾驶员需要根据温度的变化来调整飞机的姿态和动力系统。
7.风：风的方向和强度会对飞机的飞行产生影响。
飞机的驾驶员需要根据风的方向和强度来调整飞机的姿态和动力系统，以确保飞机的安全飞行。
这些因素都需要飞行员经过严格的训练和经验积累来掌握，并在飞行过程中不断监测和调整，以确保飞机的安全飞行。
另外，飞机的结构和控制系统也对飞行有重要影响。
飞机的翼和机尾设计会影响飞机的升降和飞行速度，而飞机的动力系统会影响飞机的推进力和油耗。
总之，飞机飞行的基本原理需要结合空气动力学、气象学、航空工程等多个领域的知识来理解和掌握。
飞行原理 2.2 升力
2.2 升力
升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中， 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。 克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。
升力 Lift
拉力
阻力
Pull
Drag
重力
Weight
2.2.1 升力的产生原理
相同的时间，相同的起点和终点， 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？ 的速度哪一个更快？
P + 1 ⋅ ρ ⋅ v12 = P0 1 2
P1 v1 P2 v2
2 P2 + 1 ⋅ ρ ⋅ v2 = P0 2
P + ⋅ ρ ⋅ v = P2 + ⋅ ρ ⋅ v 1
1 2 2 1 1 2
2 2
v1 > v2
P < P2 1
●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） 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。 流方向的分量，就是升力。 机翼升力的着力点，称为压力中心 机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure)
2.2.2 翼型的压力分布
① 矢量表示法
当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。 当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。 当机翼表面压强高于大气压，称为压力。 当机翼表面压强高于大气压，称为压力。 用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小， 用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为 力的方向。 力的方向。
2.2.3 升力公式
L = CL ⋅ ρV ⋅ S
1 2 2
CL
1 2
—飞机的升力系数 飞机的升力系数 —飞机的飞行动压 飞机的飞行动压 —机翼的面积。 机翼的面积。 机翼的面积
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• John Gay拍摄
1999年7月7日
• F/A 18-C Hornet 在- 航母附近低高度（75英尺）超音速飞行的场面
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正激波和斜激波
Ma=1 Ma>1
正激波 钝头：正激波 尖头：斜激波
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正激波的波阻大， 空气被压缩很厉害， 激波后的空气压强、 温度和密度急剧上 升，气流通过时， 空气微团受到的阻 滞强烈，速度大大 降低，动能消耗很 大，这表明产生的 波阻很大。
翼型的下表面→流管变化不大→压强基本不变 上下表面产生了压强差→总空气动力R R的方向向后- 向上→分力：升力L、阻力D
不同迎角对应的压力分布
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失速
通常，机翼的升力与迎角成正比。迎角增加，升力随之 增大(图1、图2)。但是，当迎角增大到某一值时，则会 出现相反的情况，即迎角增加升力反而急剧下降。这个 迎角就称为临界迎角。
等音速点后面，由于翼型表面 的连续外凸，流管扩张，空气 膨胀加速，出现局部超音速区。
通常机翼上表面会首先达到当地音速， 局部激波首先出现在上翼面。随着速度 的增加，下翼面也会出现局部激波，而 且当速度进一步增加时，机翼上下表面 的局部激波还会向后移动，并且下翼面 的局部激波的移动速度比上翼面的大， 可能一直移到机翼后缘，同时激波的强 度也将增大，激波阻- 力将增大。
简单襟翼
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富勒襟翼
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Boeing 727 三缝襟翼
Boeing 727 Triple-Slotted Fowler Flap System -
F-14全翼展的前缘缝翼与后缘襟翼
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前缘缝翼
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缝翼和襟翼对升力系数的影响
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阻力
• 摩擦阻力 • 压差阻力 • 干扰阻力
•诱导阻力 •激波阻力
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阻力1：摩擦阻力
斜激波波阻较小， 倾斜的越厉害，波 阻就越小。
临界马赫数
上翼面流管收缩局部流速加快，大于远 前方来流速度
局部流速的加快 局部温度降低 局部音 速下降
当翼型上最大速度点的速度增加到等于当地 音速时，远前方来流速度v∞就叫做此翼型 的临界速度（对应临界马赫数）
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局部激波
当M∞>Mcr以后，在翼型上表面
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阻力4：干扰阻力
气流流过翼-身连接处，由于部件形状的关系， 形成了一个气流的通道。B处高压区形成气流 阻塞，使气流开始分离，产生旋涡，能量消耗
和飞机不同部- 件之间的相对位置有关
阻力5：激波阻力
属于压差阻力
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激波
飞机飞行 -> 对空气产生扰动 扰动(以扰动波的形式)以音速传播,积聚
激波形成原理
阻力
总结一下：飞机所受的阻力可以分为
摩擦阻力 压差阻力 诱导阻力 干扰阻力 激波阻力
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飞机的俯仰、滚转和转弯
Pitch– elevators in motion
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飞机的俯仰、滚转和转弯
Roll– Ailerons in motion
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飞机的俯仰、滚转和转弯
Yaw—Rudder in motion
附面层
由空气的粘性造成 附面层 ( 层流附面层 紊流附面层 ) 层流流动，摩擦阻力小；紊流流动，摩擦阻力大的多
-> 尽量使物体表面的流动保持层流状态
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阻力2：压差阻力
运动着的物体前后所形成的压强差所产生的 同物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都
有很大的关系 -
迎面阻力
• 摩擦阻力和压差阻力合起来叫做“迎面阻 力”一个物体究竟哪种阻力占主要部分， 主要取决于物体的形状
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升力特性曲线
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Cy-α曲线的特点
Cy=0 的迎角(用α0表示)一般为负值(0º~4º)； Cy-α 曲线在一个较大的范围内是直线段； Cy有一个最大值Cy max，而在接近最大值Cy max
前曲线上升的趋势就已减缓。
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弯度和迎角的作用
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改变后缘弯度的作用
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增升装置
襟翼（前、后缘）
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作用在飞机上的空气动力
• 升力 — 更大的重量 • 阻力 — 更大发动机功率
ห้องสมุดไป่ตู้
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问题：如何增大升力、减小阻力
迎角
Angle of Attack (AoA)
相对气流方向与翼弦之间的夹角
不同于飞机的姿态
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升力
气流→翼型→上表面流线变密→流管变细 下表面平坦→流线变化不大(与远前方流线相比)
连续性定理、伯努利定理→翼型的上表面→流管变细→流管截面积 减小→气流速度增大→故压强减小
• 流线体，迎面阻力中主要是摩擦阻力 • 远离流线体的式样，压差阻力占主要部分，
摩擦阻力则居次要位置，且总的迎面阻力 也较大
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机翼的三元效应
上翼面压强低，下翼面压强高 -> 压差 -> 漩涡 -> 下洗 -
阻力3：诱导阻力
伴随升力而产生的
翼尖涡使流过机翼的气流向下偏转一个角度 （下洗）。升力与气流方向垂直（向后倾 斜），产生了向后的分力（阻力） 诱导阻力同机翼的平面形状，翼剖面形状， 展弦比，特别是同升力有关。
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激波照片(M=3)
飞行速度小于音速时
扰动波的传播速度大于飞机前进速度 传播向四面八方
飞行速度等于或超过音速时
扰动波的传播速度等于或小于飞机前进速度 后续时间的扰动就会同已有的扰动波叠加在 一起形成较强的波， 空气受到强烈的压缩、而形成了激波
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波阻
能量的观点
空气通过激波时，受到薄薄一 层稠密空气的阻滞，使得气流速 度急骤降低，由阻滞产生的热量 来不及散布，于是加热了空气。 加热所需的能量由消耗的动能而 来。在这里，能量发生了转化-由动能变为热能。动能的消耗表 示产生了一种特别的阻力。这一 阻力由于随激波的形成而来，所 以就叫做"波阻"
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激波前后气流物理参数的变 化
机翼上压强分布的观点
亚音速，最大稀薄度靠前，压强分布沿着与飞行相反的方 向上的合力，不是很大，即阻力不是很大。
超音速情况下，最大稀薄度向后远远地移动到尾部，而且 向后倾斜得很厉害，同时它的绝对值也有增加。因此，如 果再考虑机翼头部压强的升高，那么压强分布沿与飞行相 反方向的合力，急剧增大，使得整个机翼的总阻力相应有 很大的增加。这附- 加部分的阻力就是波阻。
当机翼迎角超过临界点时，流经上翼面的气流会出现严 重分离，形成大量涡流，升力大幅下降，阻力急剧增加。 飞机减速并抖动，各操纵面传到杆、舵上的外力变轻， 随后飞机下坠- ，机头下俯，这种现象称为失速。
视频演示
流线
风洞
-
失速
空气动力系数
升力系数 Cy ( CL ) 阻力系数 Cx ( CD )