飞行原理 第二章 低速空气动力学
飞行原理及空气动力学知识
飞行原理及空气动力学知识飞行原理及空气动力学知识飞机的空气动力性能是决定飞机飞行性能的一个重要因素。
飞行员既要熟悉飞机空气动力的产生和变化，同时也要清楚飞机空气动力性能的基本数据。
下面是店铺为大家带来的飞行原理及空气动力学知识，欢迎大家阅读浏览。
一. 滑行飞机不超过规定的速度，在地面所作的直线或曲线运动叫滑行。
对滑行的基本要求是：飞机平稳地开始滑行，滑行中保持好速度和方向，并使飞机能停止在预定的位置。
飞机从静止开始移动，拉力或推力必须大于最大静摩擦力，故飞机开始滑行时应适当加大油门。
飞机开始移动后，摩擦力减小，则应酌量减小油门，以防加速太快，保持起滑平稳。
滑行中，如果要增大滑行速度，应柔和加大油门，使拉力或推力大于摩擦力，产生加速度，使速度增大，要减小滑行速度，则应收小油门，必要时，可使用刹车。
二. 起飞飞机从开始滑跑到离开地面，并升到一定高度的运动过程，叫做起飞。
飞机起飞的操纵原理飞机从地面滑跑到离地升空，是由于升力不断增大，直到大于飞机重力的结果。
而只有当飞机速度增大到一定时，才可能产生足以支持飞机重力的升力。
可见飞机的起飞是一个速度不断增加的加速过程。
;剩余拉力较小的活塞式螺旋桨飞机的起飞过程，一般可分为起飞滑跑、离地、小角度上升(或一段平飞)、上升四个阶段。
对有足够剩余拉力的螺旋桨飞机，或有足够剩余推力的喷气式飞机，因可使飞机加速并上升，故起飞一般只分三个阶段，即起滑跑、离地和上升。
(一)起飞滑跑的目的是为了增大飞机的速度，直到获得离地速度。
拉力或推力愈大，剩余拉力或剩余推力也愈大，飞机增速就愈快。
起飞中，为尽快地增速，应把油门推到最大位置。
1.抬前轮或抬尾轮前三点飞机为什么要抬前轮?前三点飞机的停机角比较小，如果在整个起飞滑跑阶段都保持三点姿态滑跑，则迎角和升力系数较小，必然要将速度增大到很大才能产生足够的升力使飞机离地，这样，滑咆距离势必很长。
因此，为了减小离地速度，缩短滑跑距离，当速度增大到一定程度时就需要抬起前轮作两点姿态滑跑，以增大迎角和升力系数。
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。
飞行器空气动力学教学大纲
第一章低速翼型的气动特性（8学时）“*”
含翼型的几何参数、低速翼型流动特点及起动涡、库塔-儒可夫斯基后缘条件和环量确定、薄翼型理论、任意翼型位流解法、低速翼型的一般气动特性等部分，作业，课堂讨论。
第二章机翼低速气动特性（8学时+3学时实验）“*”
含机翼的几何参数、涡定理及下洗、升力线理论、升力面理论及涡格法、低速机翼一般气动特性等内容，3学时综合实验，作业，课堂讨论。
考核重点为：
第一章低速翼型的气动特性
翼型的几何参数、低速翼型流动特点、库塔-儒可夫斯基后缘条件、薄翼型理论、任意翼型位流解法。
第二章机翼低速气动特性
机翼的几何参数、升力线理论、低速机翼一般气动特性。
第三章亚音速翼型和机翼的气动特性
速度位方程、小扰动线化理论、亚音速流中薄翼型的气动特性、亚音速薄机翼的气动特性、临界马赫数及阻力发散马赫数。基本概念及典型流动特征分析。
通过本课程的学习，使学生对飞行器飞行的整个速度范围的空气动力特性方法有全面和系统的理解，并掌握空气动力学特性求解的基本理论和方法，初步具备飞行器气动力设计所需知识，并为学习后续课程、开展科学研究打好基础。
前修课程、能力和知识结构要求：
明确学生学习本门课程的先修课程，主要能力和知识结构。
学生需先修高等数学，数理方程，复变函数等课程，掌握基本的数学推导能力、方程组求解能力，具备基本的矢量代数、高等数学、数理方程及复变函数等的知识结构。
飞行器空气动力学教学大纲
课程编号
01200110
开课学院
航空宇航
开课系
0121
课程名称
中文
飞行器空气动力学
课程类别
必修课
英文
Aerodynamics of Aircraft
空气动力学基础 空气动力学
流管变粗，流体的流速将减小，流体的动压减小，静压将增 加。
飞机机翼气动升力的产生：
当气流流过机翼表面时，由于气流的方向和机翼所采用的翼 型，在机翼表面形成的流管就像图2 - 5 中所示的那样变细或 变粗，流体中的压力能和功能之间发生转变，在机翼表面形 成不同的压力分布，从而产生升力。
叫升力，用L 表示 在平行来流方向上的分量叫阻力，用
D 表示。
2.4.2 升力的产生
飞机的升力主要由机翼来产生。 迎角α
相对气流与机翼弦线之间的夹角 迎角“正负”
当气流以一定的正迎角流过具有一定翼型的机翼时
在机翼上表面流管变细，流线分布较密；在机翼下表面流管 变粗，流线分布较疏。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
2.3 机体几何外形和参数
2. 3.1 机翼的几何外形和参数
机翼翼型 机翼平面形状 机翼相对机身的安装位置
1.机翼翼型
翼型
用平行机身对称面的平面切割机翼所得机翼的切面形状
翼型参数
弦线、弦长b 厚度、相对厚度
最大厚度、相对厚度、最大厚度位置 中弧线、弯度、相对弯度
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
参数
机翼面积S 梢根比η 翼展展长L 展弦比λ 后掠角χ 平均空气动力弦长
第二章 空气动力学
2.1.3 流场、 定常流和非定常流
➢ 流场：流体流动所占据的空间称为流场。 ➢ 流场的选取可根据研究的需要进行确定。可大可小。
非定常流与定常流
➢ 非定常流与非定常流场：
在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参 数——速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动 就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。
的地方, 却流得比较快。 夏天乘凉时, 我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中, 因
为那里常有“ 穿堂风”。 在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得
大。
连续方程
质量守恒定律
➢ 质量守恒定律是自然界基本的定律之一, 它说明物质既不 会消失, 也不会凭空增加。
➢ 应用在流体的流动上: 在定常流动中，当流体低速、稳 定、连续不断地流动时, 流进任何一个截面的流体质量
➢ 只要相对气流速度相同 ， 产生的空气动力也就相等。
（非定常流动转换为定常流动）
风洞实验
➢ 将飞机的飞行转换为空气的流动 ，使空气动力问题的研 究大大简化。
➢ 风洞实验就是根据这个原理建立起来的。
风洞应用
相对气流方向的判定
➢ 相对气流的方向与飞机运动的方向相反 。
平飞时：
相对气流方向 飞行速度方向
➢ 对于不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 表示为：
p1v2
2
p0
常数
静压
动压
总压
➢ 静压：单位体积流体具有的压力能。在静止的空气中， 静压等于大气压力。 ➢ 动压：单位体积流体具有的功能。 ➢ 总压：静压和动压之和。
p1v2
2
p0
常数
➢ 上式即为：不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 的伯努利 方程。
空气动力学探索飞机在空气中的飞行原理
空气动力学探索飞机在空气中的飞行原理飞机的飞行原理是基于空气动力学的研究，它涉及到空气的流动、力的作用和物体的运动。
通过了解空气动力学的基本概念和原理，可以更好地理解飞机在空中的飞行过程。
一、空气的流动空气动力学研究的基础是空气的流动。
空气是由大量分子组成的，分子之间存在着运动和撞击。
当空气受到外力的作用时，它会产生流动。
在飞机飞行过程中，空气的流动十分重要。
在飞机飞行时，机翼上方的气流速度较快，而下方的气流速度较慢。
这是由于机翼上方的气流被弯曲并加速，而下方的气流则被挡住减速。
这种气流的流动差异产生了升力，是飞机能够在空中飞行的重要原理之一。
二、升力的产生升力是飞机在空中得以飞行的重要力量。
它是垂直方向上的力量，支持着飞机的重量，使得飞机能够克服重力并保持稳定的飞行。
在空气动力学中，升力的产生主要与机翼的设计有关。
机翼的上表面相对平坦，而下表面则更为曲线。
当空气流经机翼时，上表面的气流速度较快，下表面的气流速度较慢，同时由于曲率的存在，气流的压力也不同。
根据伯努利定律，速度较快的气流具有较低的压力，速度较慢的气流则具有较高的压力。
而机翼上下表面气流的差异产生的压力差，就形成了升力。
这个升力可以用来克服飞机的重力，使得飞机能够悬浮在空中。
三、阻力的产生在空气动力学中，阻力是飞机飞行中必然要面对的一种力量。
阻力产生的原因有很多，如空气的摩擦、飞机表面的阻力和空气的压力阻力等。
为了减少阻力，飞机在设计上需要尽量降低阻力产生的因素。
例如，飞机的机身通常呈流线型，这样可以减少空气摩擦的阻力。
而飞机的机翼也会采用相对平坦的上表面设计和流线型的下表面设计，来减少气流的阻力。
此外，飞行速度的选择也会影响到阻力的大小。
一般来说，低速飞行时，阻力较小；而高速飞行时，阻力则较大。
因此，飞机在飞行时需要根据实际需求和飞行条件选择合适的速度，以降低阻力的影响。
四、操纵飞行姿态除了了解升力和阻力的产生原理，还需要了解如何操纵飞机的飞行姿态。
空气动力学与飞行原理
空气动力学与飞行原理飞行是人类向往已久的梦想，而空气动力学就是飞行的基石。
它是研究空气对物体运动和力学性质的学科，它让飞机得以在空中翱翔，是现代航空工程的重要理论基础。
空气动力学主要研究空气流动以及空气对物体的作用力。
根据牛顿第二定律，物体所受力等于物体质量乘以加速度，所以在飞行中，需要考虑的第一个因素就是空气对飞机的作用力。
飞机在飞行时受到的主要力有重力、升力、阻力和推力。
首先，重力是指地球对物体的吸引力。
它是物体垂直向下的力，是使飞机下降的力。
在飞行中，飞机需要克服重力的作用，才能保持在空中飞行。
而升力则是使飞机保持在空中的力。
升力产生的原因是飞机在运动时空气产生一个向上的反作用力。
根据伯努利定律，当气流通过飞机的翼面时，流速增加，压力下降，形成一个向上的压力差，从而产生升力。
为了增加升力，翼面通常具有弯曲的形状，称为翼型。
翼型的选择和设计对于飞机的性能有着至关重要的影响。
然而，飞机在飞行中还会受到阻力的作用。
阻力是指空气对飞机运动的阻碍力，它使得飞机需要消耗更多的能量来保持飞行速度。
阻力有两个主要的分量，一个是摩擦阻力，即飞机表面与空气之间的阻力；另一个是压力阻力，即飞机运动过程中的压力差引起的阻力。
为了减小阻力，飞机的外形通常设计为流线型，以使空气尽量顺利地流过飞机的表面。
在飞行过程中，推力是让飞机向前移动的力。
飞机需要通过推力来克服阻力，以保持飞行速度。
推力的来源通常由喷气发动机、涡轮风扇发动机或者螺旋桨引擎提供。
除了这些基本的力量，空气动力学还研究了气动力学现象，比如气流分离、失速、升力和阻力对速度、密度、粘度的依赖关系等。
这些研究为飞机的设计和性能提供了理论依据。
空气动力学的研究成果不仅仅运用在飞机上，还应用在车辆、建筑、桥梁等领域。
例如，对于一座高大的建筑物，空气动力学研究可以帮助设计师了解建筑物在强风条件下的受力情况，从而选择合适的设计方案。
总的来说，空气动力学是研究空气对物体运动和力学性质的学科，是现代航空工程的基础。
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研究飞机在空中飞行时受到的空气力学力的学科。
飞机在飞行过程中，必须克服引起阻力的空气阻力，同时利用空气动力学力来产生升力和推进力。
首先，了解空气动力学原理的基础是空气的流体特性。
空气是一种气体，在空间中可以自由流动。
当飞机运动时，空气会被迫与其接触，并对其产生作用力。
这些作用力可以分为阻力、升力和推力。
阻力是飞机在空气中运动时受到的阻碍力量。
主要有两种形式，即废气阻力和气动阻力。
废气阻力是由于飞机的发动机排放废气产生的。
气动阻力是由于空气与飞机表面摩擦产生的。
为了减小阻力，飞机的外形设计通常会采用流线型，以减少气流的阻碍。
升力是使飞机脱离地面、保持在空中飞行的力量。
它是通过飞机机翼上的气动力学原理产生的。
机翼的设计使得上表面的气压比下表面低，从而产生一个向上的升力。
此外，机翼上的襟翼也能够改变机翼形状，进一步调节升力的大小。
推力是飞机在空中前进的力量。
通常是由发动机产生的，通过喷射燃烧产物来产生反作用力推动飞机。
推力的大小取决于发动机的性能以及喷气速度。
除了上述三种主要的空气动力学力以外，还有其他一些影响飞机飞行的因素。
例如重力会使飞机朝下落，需要通过升力来抵
消。
风也会对飞机产生侧向的力量，需要通过控制飞机的舵面来调整方向。
总的来说，飞机空气动力学原理是飞机在空中飞行时受到的各种空气力学力的研究。
了解这些原理可以帮助我们更好地设计和改进飞机，提高飞行性能和安全性。
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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
③ 性质角
性质角是总空气动力与升力之间的夹角。
主要空气动力性能参数包括： ① 最大升力系数 ② 最小阻力系数 ③ 最大升阻比
第二章 第 4 页
2.4.1 升力特性
① 升力系数的变化规律
第二章 第 5 页
●升力系数随迎角的变化规律 ➢当α<α临界，升力系数随迎角增大而增大。 ➢当α=α临界，升力系数为最大。 ➢当α>α临界，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。
第二章 第 6 页
●烟风洞翼型绕流实验 小迎角
较大迎角
第二章 第 7 页
大迎角
●翼型在不同迎角下的压强分布
第二章 第 8 页
●翼型在不同迎角下的压强分布
第二章 第 9 页
●压力中心（CP）位置随迎角改变的变化
第二章 第 10 页
●压力中心（CP）位置随迎角改变的变化
第二章 第 11 页
② 升力特性参数
第二章
飞机的低速空气动力
飞行原理/CAFUC
本章主要内容
2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理
第二章 第 2 页
飞行原理/CAFUC
2.4 飞机的低速空气动力性能
飞行原理/CAFUC
飞机的主要空气动力性能包括： ① 升力特性 ② 阻力特性 ③ 升阻比特性
●后掠翼对升力特性的影响
平直机翼的最大升力系数更大，升力系数曲线斜率越大，临界迎角 越小。
平直机翼
后掠翼
第二章 第 19 页
●翼型前缘粗糙度对升力特性的影响
翼型前缘越光滑，最大升力系数越高，临界迎角越大。
光滑 粗糙
第二章 第 20 页
2.4.2 阻力特性
① 阻力系数的变化规律
第二章 第 21 页
② 阻力特性参数
I. 最小阻力系数 CDmin 和零升阻力系数 CD0
飞机的最小阻力系数非常接近零升阻力系数，一般认为二者为同 一个值。
第二章 第 23 页
CD min
II. 中小迎角时的阻力公式
在中小迎角时，阻力公式可以表示为：
CD CD0 ACL2
A是诱导阻力因子，大小与机翼形状有关。
第二章 第 24 页
“小鹰”地效飞机速度可达556千米/小时
第二章 第 40 页
●Beriev Bartini VVA 14地效飞行器
第二章 第 41 页
●地效飞机（我国的发展情况）
我国科学家也早已关注到地效飞行器的研制，发起人便是原国家科委 常务副主任、航天专家李绪鄂。1995年，他领导的中国科技开发院联 合湖北水上飞机研究所、北京空气动力学研究所成立了中国地效飞行器 开发中心，经过4年的努力，第一架中国的地效飞行器诞生了。
第二章 第 38 页
●地面效应的产生范围
飞机距地面高度在一个翼展以内，地面效应对飞机有 影响，距地面越近地面效应越强。
第二章 第 39 页
●地效飞机
地效飞机是介于船和普通飞机之间的新型水上快速交通工具 。地效 飞机在民用方面使用前景也十分广阔，如可用于海上和内河快速运输， 海情侦察，水上救生等。
lj
●相对厚度对升力特性的影响
相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。
相对厚度增加
第二章 第 16 页
●翼型前缘半径对升力特性的影响
前缘半径增加，临界迎角增加。
半径小
半径大
第二章 第 17 页
●展弦比对升力特性的影响
展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小。
展弦比高
展弦比低
第二章 第 18 页
2.4.3 升阻比特性
① 升阻比
升阻比是相同迎角下，升力系数与阻力系数之比，用K 表示。
升阻比的大小主要随迎角变化而变化。 升阻比越大，飞机的空气动力性能越好。
L CL K D CD
第二章 第 25 页
② 升阻比曲线
K MAX
L CL K D CD
临界迎角
第二章 第 26 页
最小阻力 迎角
ctg L CL
D CD
性质角越小，总空气动力向后倾斜越少，升阻比越大。
第二章 第 28 页
2.4.4 飞机的极曲线
① 极曲线
极曲线将飞机的 升力系数、阻力系 数、升阻比随迎角 变化的关系综合起 来用一条曲线表示 出来，以便于综合 衡量飞机的空气动 力性能。
.
第二章 第 29 页
●极曲线的深入理解
滑流使得升力系数和最大升力系数增大，最大升阻比增大，极曲线 向右上偏移。
第二章 第 33 页
③ 不同展弦比机翼的极曲线
展弦比越大，低速空气动力性能越好。
第二章 第 34 页
●飞机的低速空气动力性能曲线总结
第二章 第 35 页
2.4.5 地面效应
飞机在起飞和着陆贴近地面时，由于流过飞机的气 应称为地面效应。
CD min
lj
●阻力系数随迎角的变化规律
➢ 在中小迎角范围，阻力系数随迎角增大而缓慢增大，飞机阻 力主要为摩擦阻力。
➢ 在迎角较大时，阻力系数随迎角增大而较快增大，飞机阻力 主要为压差阻力和诱导阻力。
➢ 在接近或超过临近迎角时，阻力系数随迎角的增大而急剧增 大，飞机阻力主要为压差阻力。
第二章 第 22 页