第四章 航空运输及其发展

交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 1 第四章 航空运输及其发展 第一节 航空运输概述 1.航空运输体系 航空运输体系包括飞机、机场、空中交通管理系统和飞行航线四个基本部分。 1)民用飞机 飞机是航空运输的主要运载工具。 ①按运输类型划分 按运输类型的不同可分为运输机及通用航空飞机两大类。 运输机是供航空公司运送客、货的飞机。 通用航空飞机是供工农业生产、抢险救灾、教学训练使用的飞机。

②按起飞重量及客座数划分 按起飞重量及客座数可以划分为大型、中型、小型飞机。 飞机起飞重量在15-30吨为小型飞机，30-60吨为中型飞机，60吨以上为大型飞机。 飞机的客坐数在100座以下的为小型，100-200座之间为中型，200座以上为大型。 ③按航程划分 按航程可以划分为远程、中程、短程飞机。 远程飞机的航程为11000km左右，足以完成中途不着陆的洲际飞行。 中程飞机的航程在3000km左右。 短程飞机的航程一般在1000km以内。 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 2 2)机场 机场是供飞机起飞、着陆、停驻、维护、补充给养及组织飞行保障活动的场所，也是旅客和货物运输的起点、终点或中转站。

机场系统由供飞机使用部分（包括飞机用于起飞降落的飞行区和用于地面服务的航站区）和供旅客、接运货物使用的部分（包括办理手续和上下飞机的航站楼、地面交通设施及各种附属设施）组成。 3)空中交通管理系统 为了保证航空器的飞行安全，提高空域和机场飞行区的利用效率而设置的各种助航设备和空中交通管制机构及规则统称为空中交通管理系统。 4)飞行航线 汽车在道路上运行，轮船在航道上运行，飞机有自己的航线。 飞行航线是航空运输的线路，是由空管部门设定飞机从一个机场 飞抵另一个机场的通道。 2.航空运输的特点 优点：速度快、机动性大、舒适、安全、基本建设周期短及投资少。 缺点：运载成本和运价比其它运输方式要高，航空运输比较适宜于500km以上的长途客运，以及时间性强的鲜活易腐烂和价值高的货物的长途运输。

3 航空运输的作用 ①航空运输是交通运输体系的一个重要组成部分。 ②航空运输促进了全球经济、文化的交流和发展。 ③航空运输带动了飞机制造及相关行业和技术的发展。 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 3 4航空运输的发展与趋势 1)推出新一代航空载运工具 目前，绝大部分民用飞机只能是亚音速飞机（目前只有“协和”式和图-144飞机是超音速飞机），最大载客量不超过500人。

协和式客机 图144客机 新一代超音速客机的飞行速度将达2-3倍音速，亚音速客机的最大载客量将达800-1000人，直升飞机的最大载客量将达100人。 两栖运输船是未来最看好的运输工具之一，可搭载100名左右的乘客，沿水面或较平坦的地面飞行，它无需道路，也不要修建飞机场，是最便捷的交通工具。 2)实施新一代通信、导航、监视和空中交通管理 现行的空中交通管理系统有三大缺陷 覆盖范围不足，表现在对大洋和沙漠地区无法有效控制。 各国（地区）运行标准不一，跨国飞行安全难以保证。 自动化程度不高，管制人员负担过重。 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 4 3)信息技术在航空运输中得到更普遍的应用 现在，计算机信息处理已渗透到商务、机务、航务、财务等各个领域。随着航空运输的发展，信息技术将广泛应用于航空运输的各个方面。

第二节 航空运输设备与设施 1.民用飞机 1)飞机的定义及分类 航空器是指可以从空气的反作用（但不包括从空气对地球表面的反作用）中取得支撑力的机器。如汽垫船就不属于航空器。 航空器又可分为固定翼航空器和旋翼航空器，此外，人们还一直 在研制扑翼机，但至今尚未成功。 固定翼航空器产生升力的翼面固定在机身上，固称为固定翼航空 器。这类航空器可分为飞机（有动力）和滑翔机（无动力）。 旋翼航空器产生升力的翼面在飞行时相对于机身是运动的。直升 飞机和旋翼机是最常见的旋翼航空器。

旋翼机有一幅旋翼，也有机身、尾翼、起落架和动力装置，但旋 翼机上的旋翼与发动机没有联系，靠前进时产生的风把它吹动旋转而产生举力，旋翼机的前进，则利用发动机的动动力。 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展

5 2)飞机的飞行原理 飞机在空气中之所以能飞行，最基本的事实是，有一股力量克服了它的重量，把它举在空中，这个力是空气与机翼共同作用产生的力。 为了分析举力(升力)产生的实质，我们有必要先介绍流体流动的两个基本规律。 1)连续性定理 空气在管道中流动时，凡是管道细的地方，流速就大，管道粗的地方，流速就小。 2)伯努利定理 空气在管道中流动时，凡是流速大的地方，压强就小，凡是流速小的地方，压强就大。 气流流过翼剖面上边时，空气收缩，速度增大，压强降低。

气流流过翼剖面下边时，由于前端上仰，气流受到阻挡，空气流速下降，压强增高，所以机翼上下两侧存在压强差，因此作用在机翼上的合力是向上的，这样就产生了升力。

3)飞机的基本组成部分 飞机由机体、推进装置、飞机系统和机载设备。 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 6 (1)机体 飞机机体是由机翼、机身、尾翼、起落架等部分组成。 机翼的主要作用是产生升力。 机身是飞机的主体，用于装载人员、货物，安装设备，并将飞机的各部件连为整体。 尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成，垂直尾翼其主要作用是保持航 向的稳定性，水平尾翼的主要作用是提供俯仰稳定性。 起落架的主要作用是使飞机起降时能在地面滑跑和滑行、以及使 飞机能在地面移动和停放。现代飞机起落架都是可收放的，可大大减少飞机阻力并有利于飞机姿态的控制。 (2)推进装置 飞机的推进装置主要是指发动机。航空发动机分为活塞式发动机 和燃汽涡轮发动机两种类型，其中燃汽涡轮发动机又可分为涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮风扇发动机。 ①活塞式发动机 活塞式发动机是按四冲程原理来进行工作的，即空气进入汽缸与燃油混合、经燃烧后形成高温高压燃气、燃气推动活塞作功及排气。

活塞式发动机按冷却方式可分为液冷式和气冷式两种。液冷式是用水来冷却发动机的气缸；气冷式交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展

7 是用空气来冷却发动机的气缸。 航空用的活塞式发动机气缸数从2-28缸或更多，最大功率近4000马力。 ②燃汽涡轮发动机 任何一种燃汽涡轮发动机都是由燃气发生器和其他附属装置组成 A.燃气发生器 航空燃气涡轮发动机仍属于热机的一种,因此从产生输出能量的原理上讲,燃气涡轮发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段。

空气进入发动机。 对空气进行压缩，形成高压空气。 空气进入燃烧室与燃油混合后燃烧形成高温、高压燃气。 高温、高压燃气进入驱动压气机的涡轮机中膨胀，使涡轮机高速旋转作功。

B.涡轮喷气发动机 就是在燃气发生器后紧跟一个尾喷管，由燃气发生器出来的燃气 交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展 8 在尾喷管中膨胀加速，从尾喷管中高速排出，产生推力。 涡轮喷气发动机转速高，推力大，适合飞机高速飞行，适合飞 机以2-3倍音速飞行。 由于涡喷发动机的推力是由高速排出的燃气所获得的，所以动能和热能损失较大，耗油率高，在飞机低速飞行时更为明显。

C.涡轮螺旋桨发动机 就是从涡轮机中出来的燃气通过减速装置降低转速后再驱动螺旋桨，提供拉力，燃气中剩下的少部分能量在尾喷管中膨胀，产生一小部分推力，这种发动机称为涡轮螺旋桨发动机。

涡轮螺旋桨发动机由于有直径较大的螺旋桨，由于螺旋桨在高速飞行时的效率很低，所以飞行速度受到限制，一般用于时速为300-400km的飞机上。但是，由于它的排气能量损失少，推进效率高，所以耗油率低。 D.涡轮轴发动机

涡轮轴发动机的工作原理和结构基本上与涡轮螺旋桨发动机相同。不同的是涡轮轴发动机输出的能量交通运输工程学讲稿—航空运输及其发展

9 主要是驱动直升机旋翼而不是螺旋桨。涡轮轴发动机除装有普通普通涡轮外，还装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，此外，燃气发生器排出的燃气基本上已在动力涡轮中完全膨胀，由尾喷管中排出时，气流速度很低，它产生的推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右；有时甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排。缺点是制造困难且成本较高。 E.涡轮风扇发动机 涡轮风扇发动机的动力涡轮传动轴通过燃气发生器轴中心，驱动外径比燃气发生器大的风扇叶片。流入发动机的空气经风扇增压后，一部分流过燃气发生器，称为内涵气流；一部分由围绕燃气发生器的流道环中流过，称为外涵气流。发动机由内、外涵气流分别产生推力。

4)飞机系统 飞机系统主要有操纵系统、液压传动系统、空调系统、防冰系统等。 操纵系统 操纵系统用于传递驾驶员发出的操纵指令（操纵动作），改变和控制飞行姿态。改变和控制飞行姿态的主要设备有： 升降舵：控制飞机抬头或低头。 副 翼：控制飞机左右倾斜。 方向舵：控制飞机左右转。