民 航 概 论An Introduction to Civil Aviation第二节第二节 飞行基本原理飞行基本原理第二章 民用航空器飞机升、阻力的产生飞机升、阻力的产生飞行控制飞行控制飞行过程飞行过程第二节第二节 飞行基本原理飞行基本原理第二节第二节 飞行基本原理飞行基本原理一、升力产生的原理比空气轻的物体 空气静力学升力产生的原理比比空气重的物体空气重的物体 空气动力学空气动力学 飞机的升力主要是由机翼和空气飞机的升力主要是由机翼和空气的相对运动而产生的。的相对运动而产生的。升力产生的原理 升力产生的原理升力是上下表面压力差产生的。升力是上下表面压力差产生的。 到到1818世纪，世纪，伯努利伯努利对流体运动进行了对流体运动进行了深入研究并建立了深入研究并建立了伯努利定理伯努利定理，才展示才展示了流体运动的基本力学原理，奠定了飞机了流体运动的基本力学原理，奠定了飞机产生升力的理论基础。产生升力的理论基础。升力产生的原理升力产生的原理1、伯努利定理文文氏氏管管试试验验第一节 升力产生的原理 伯努利假设流体是不可压缩的，根据质量守伯努利假设流体是不可压缩的，根据质量守恒定律，得到流体在每一个截面上的总质量是恒定律，得到流体在每一个截面上的总质量是相同的，根据能量守恒定律，推定流体在每一相同的，根据能量守恒定律，推定流体在每一个截面上的总能量也是相同的。个截面上的总能量也是相同的。升力产生的原理2、伯努利定理的应用流体流动的表示：流线、流线谱流体流动的表示：流线、流线谱升力产生的原理升力产生的原理（1）物体形状不同，流线谱不同。（2）形状相同，但是空气流向物体的相对关系不同，流线谱不同。（3）空气流向物体受阻挡，流管就要变粗，空气流过物体外凸地方时，流管要变细。（4）空气流过物体时，在物体的后部回出现涡流区。 翼面气流翼面气流：机翼上、下表面的压力差压力差就产生了升力升力。升力产生的原理升力产生的原理升力产生的原理升力产生的原理机翼剖面：机翼剖面： 升力产生的原理升力产生的原理风筝不能成为实用飞行器的原因风筝不能成为实用飞行器的原因： 有风才能飞；载重越多，风要求越大；迎有风才能飞；载重越多，风要求越大；迎角是靠线来实现的，同时，线起个克服阻力角是靠线来实现的，同时，线起个克服阻力的作用。的作用。 飞机的解决办法：飞机的解决办法： 用动力装置提供拉（推）力，克服阻力前用动力装置提供拉（推）力，克服阻力前进，形成相对气流（风）；用驾驶盘来控制进，形成相对气流（风）；用驾驶盘来控制迎角。操纵在飞机里，不需要线。迎角。操纵在飞机里，不需要线。 升力产生的原理升力产生的原理飞行原理3. 3. 飞机的升力和阻力飞机的升力和阻力3. 3. 飞机的升力和阻力飞机的升力和阻力结论：结论：机翼升力的产生主要由上表面吸机翼升力的产生主要由上表面吸力的作用，而不是靠下表面的压力力的作用，而不是靠下表面的压力. . 飞机的升力 气流分成上下两股，上翼面气流受压气流分成上下两股，上翼面气流受压缩，流管变细，流速增加，压力降低，缩，流管变细，流速增加，压力降低，下翼面气流流管扩张，流速降低，压下翼面气流流管扩张，流速降低，压力增大，从而产生上下翼面压力差。力增大，从而产生上下翼面压力差。3. 3. 飞机的升力和阻力飞机的升力和阻力压力差沿水平方向的分力即为阻力。压力差沿水平方向的分力即为阻力。压力差沿垂直方向的分力即为升力。压力差沿垂直方向的分力即为升力。升阻力表达式:飞机的升力和阻力 摩摩擦擦阻阻力力. 压压差差阻阻力力. 诱诱导导阻阻力力. 干干扰扰阻阻力力. 激激波波阻阻力力.飞机的阻力飞机的阻力 摩擦阻力摩擦阻力 空气的粘性，使空气与飞机表面发生空气的粘性，使空气与飞机表面发生摩擦，产生一个阻止飞机前进的力。摩擦，产生一个阻止飞机前进的力。 空气粘性越大，飞空气粘性越大，飞机表面越粗糙，飞机机表面越粗糙，飞机表面积越大，摩擦阻表面积越大，摩擦阻力越大。力越大。飞机的阻力飞机的阻力压差阻力压差阻力 机机翼翼前前缘缘部部分分，空空气气受受阻阻挡挡，流流速速变变慢慢，压压力力增增大大；机机翼翼后后缘缘，由由于于气气流流分分离离形形成成涡流区，压力减小。前后压差形成压差阻力涡流区，压力减小。前后压差形成压差阻力。 飞机的阻力飞机的阻力压差阻力压差阻力 飞行中，当机翼产生正压飞行中，当机翼产生正压力时，下翼面的压强高于上力时，下翼面的压强高于上翼面压强，在上下翼面的压翼面压强，在上下翼面的压强差作用下，下表面气流就强差作用下，下表面气流就绕过翼尖流向上表面。这样绕过翼尖流向上表面。这样就使下翼面的流线由机翼的就使下翼面的流线由机翼的对称面向翼尖倾斜，而使上对称面向翼尖倾斜，而使上翼面的流线由翼尖偏向对称翼面的流线由翼尖偏向对称面。面。 由于上下翼面的气流在后由于上下翼面的气流在后缘处具有不同的流向，所以缘处具有不同的流向，所以在机翼后缘形成自由涡。在机翼后缘形成自由涡。飞机的阻力压差阻力影响因素压差阻力影响因素 迎风面积越大，压差阻力越大；迎风面积越大，压差阻力越大；水滴型，前钝后尖，压差阻力最小；水滴型，前钝后尖，压差阻力最小；迎角越大，压差阻力越大。迎角越大，压差阻力越大。 飞机的阻力诱导阻力诱导阻力 由于产生升力而诱导出来的附加阻力。由于产生升力而诱导出来的附加阻力。 诱导阻力诱导阻力 的特点的特点升力越大，诱导阻力越大。 得到升力付出的代价。减小诱导阻力的措施减小诱导阻力的措施:翼尖小翼翼尖小翼 飞机的阻力飞机的阻力干扰阻力干扰阻力 飞机各部分之间因气流干扰而产生的一种额外的阻力。飞机各部分之间因气流干扰而产生的一种额外的阻力。 减少干扰阻力的措施减少干扰阻力的措施 :整流包皮整流包皮飞机的阻力飞机的阻力激波阻力激波阻力 高高速速飞飞行行时时，飞飞机机机机翼翼表表面面出出现现局局部部超超音音速速和和局局部部激激波波，导导致致飞飞机机阻阻力力增增大大。这这种种由由于于出出现现激激波波后后额额外外增增加加的的阻阻力力叫激波阻力，简称波阻。叫激波阻力，简称波阻。 飞机的阻力激波阻力激波阻力 激波带来阻力的原因激波带来阻力的原因 空气在通过激波时，受到薄薄一层稠密空气的空气在通过激波时，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。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，加热所需的能量由消耗的动能而来。在这里，能量发生了转化能量发生了转化-由动能变为热能。动能的消耗由动能变为热能。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，所以就叫做波的形成而来，所以就叫做 波阻波阻 。从能量的观。从能量的观点来看，波阻就是这样产生的。点来看，波阻就是这样产生的。 激波阻力激波阻力 波阻的害处波阻的害处 1 1、当飞行速度在音速附近时，根据计算，波阻、当飞行速度在音速附近时，根据计算，波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。可能消耗发动机大约全部动力的四分之三。 2 2、高热、高热-热障热障减小激波阻力的措施减小激波阻力的措施-采用后掠翼采用后掠翼 后掠翼上表面达到临界后掠翼上表面达到临界速度要高于平直机翼，因速度要高于平直机翼，因而，高亚音速飞机采用后而，高亚音速飞机采用后掠翼掠翼 ，速度越高，速度越高，后掠翼后掠翼越大。越大。 大型民航机后掠角度在大型民航机后掠角度在25到到40之间。之间。后掠翼的作用后掠翼的作用临界马赫数增大，使巡航速度更高。减小巡航阻力提高高速飞行的稳定性翼形与巡航阻力大小的对比翼形与巡航阻力大小的对比平直翼30度后掠翼45度后掠翼二、飞行的控制二、飞行的控制1、飞机的平衡性、飞机的平衡性受力平衡是保持飞机轨迹稳定的基本条件受力平衡是保持飞机轨迹稳定的基本条件1、飞机的平衡性、飞机的平衡性飞机上升时所受各力飞机上升时所受各力飞机上升时所受各力飞机上升时所受各力飞机下降时所受各力飞机下降时所受各力飞机下降时所受各力飞机下降时所受各力2、飞机的稳定性、飞机的稳定性稳定性的定义稳定性的定义 外力干扰时飞机能自动恢复外力干扰时飞机能自动恢复原来姿态的性能。原来姿态的性能。稳定性的分类稳定性的分类 稳定、中立、不稳定稳定、中立、不稳定俯仰稳定性俯仰稳定性偏航稳定性偏航稳定性横侧稳定性横侧稳定性飞机稳定性的要求飞机稳定性的要求 适度稳定；横侧稳定与偏适度稳定；横侧稳定与偏航稳定性应相匹配航稳定性应相匹配俯俯 仰仰 稳稳 定定 性性偏偏 航航 稳稳 定定 性性横横 侧侧 稳稳 定定 性性3 3、飞机的操纵性、飞机的操纵性飞机的俯仰操纵飞机的俯仰操纵 指飞机对操纵的反应，通过指飞机对操纵的反应，通过升降舵、方向舵和副翼进行。升降舵、方向舵和副翼进行。后拉杆，升降舵后缘上偏，产生上仰力矩。后拉杆，升降舵后缘上偏，产生上仰力矩。前推杆，升降舵后缘下偏，产生下俯力矩。前推杆，升降舵后缘下偏，产生下俯力矩。飞机的操纵性飞机的操纵性飞机的偏航操纵飞机的偏航操纵蹬左舵，方向舵左偏，产生左转力矩。蹬左舵，方向舵左偏，产生左转力矩。蹬右舵，方向舵右偏，产生右转力矩。蹬右舵，方向舵右偏，产生右转力矩。飞机的操纵性飞机的操纵性飞机的横滚操纵飞机的横滚操纵左压盘，左副翼上左压盘，左副翼上偏，右副翼下偏，偏，右副翼下偏，产生左横滚力矩。产生左横滚力矩。右压盘，右副翼上右压盘，右副翼上偏，左副翼下偏，偏，左副翼下偏，产生左横滚力矩。产生左横滚力矩。三、飞机的飞行过程三、飞机的飞行过程起飞阶段起飞阶段爬升阶段爬升阶段巡航阶段巡航阶段下降阶段下降阶段进近着陆阶段进近着陆阶段起飞阶段起飞场道阶段起飞场道阶段起飞航道阶段起飞航道阶段 滑跑滑跑-决断速度决断速度-离地速度离地速度-拉杆拉杆-抬抬前轮前轮-升空升空-高度高度35米。米。爬爬 升升 阶阶 段段飞机上升到巡航高度的过程飞机上升到巡航高度的过程爬升段阶梯爬升巡巡 航航 阶阶 段段一般使用自动驾驶仪一般使用自动驾驶仪A/P进近着陆阶段进近着陆阶段进近阶段进近阶段着陆阶段着陆阶段 对准跑道对准跑道-放下起落架和襟翼放下起落架和襟翼离地离地78米，拉起米，拉起机头机头-1米高飞机拉平（平飘）米高飞机拉平（平飘）-主轮接地主轮接地-大迎大迎角滑跑，增加阻力角滑跑，增加阻力-前推驾驶杆，前轮着地前推驾驶杆，前轮着地-使用使用反推（反桨）反推（反桨）-速度降低到一定程度后，退出反推速度降低到一定程度后，退出反推（反桨），使用刹车。（反桨），使用刹车。 中断起飞和继续起飞中断起飞和继续起飞 滑跑时，一台关键发动机停车，根据当时飞滑跑时，一台关键发动机停车，根据当时飞机的速度，飞行员可以决定是中断起飞还是继机的速度，飞行员可以决定是中断起飞还是继续起飞。续起飞。 当飞机的速度不超过中断起飞的极限速度当飞机的速度不超过中断起飞的极限速度(v1)时，可以中断起飞，收光油门，使用反推时，可以中断起飞，收光油门，使用反推（反桨）、襟翼、刹车等，使飞机在跑道上停（反桨）、襟翼、刹车等，使飞机在跑道上停下来。下来。 当飞机的速度超过中断起飞的极限速度时，当飞机的速度超过中断起飞的极限速度时，中断起飞会造成冲出跑道，继续起飞。中断起飞会造成冲出跑道，继续起飞。 1989年年9月月,美国航空公司一架美国航空公司一架B737飞机在积水飞机在积水跑道起飞时跑道起飞时,由于方向舵配平失控致使飞机猛向右由于方向舵配平失控致使飞机猛向右偏偏,使用前轮转弯控制不起作用时使用前轮转弯控制不起作用时,在大于在大于V1速度速度5海里海里/小时实施中断起飞小时实施中断起飞,飞机冲出跑道损毁飞机冲出跑道损毁,2名名乘员死亡。乘员死亡。1988年年7月月,法国航空公司一架法国航空公司一架B747飞机起飞滑飞机起飞滑跑至跑至V1+11海里海里/小时速度时小时速度时,因看到第因看到第4发火警警发火警警告而中断起飞告而中断起飞,飞机冲出跑道飞机冲出跑道,飞机受损严重飞机受损严重,1名名旅客受重伤。旅客受重伤。中断起飞和继续起飞中断起飞和继续起飞 1997年年3月月10日日,海湾航空公司一架海湾航空公司一架A320飞机飞机,起起飞时因遇大侧风无法控制起飞方向飞时因遇大侧风无法控制起飞方向,在接近在接近V1速度时速度时中断起飞中断起飞,飞机侧滑偏出跑道与海堤相撞飞机侧滑偏出跑道与海堤相撞,飞机严重受飞机严重受损损,前起落架被顶进驾驶舱前起落架被顶进驾驶舱,机长受重伤。机长受重伤。 1997年年7月月26日日,中国北方航空公司一架中国北方航空公司一架MD-82飞飞机机,在大连机场起飞时在大连机场起飞时,由于自动油门在接近由于自动油门在接近V1速度速度时断开时断开,机组采取了中断起飞的错误决断机组采取了中断起飞的错误决断,且操纵动作且操纵动作迟缓迟缓,过早地关闭发动机失去了反推减速的作用而冲过早地关闭发动机失去了反推减速的作用而冲出跑道与土坎相撞出跑道与土坎相撞,发生一般飞行事故。发生一般飞行事故。中断起飞和继续起飞中断起飞和继续起飞 错误复飞造成危险或潜在危险错误复飞造成危险或潜在危险 复飞时，决断高度选取合适，否则易出现擦机尾复飞时，决断高度选取合适，否则易出现擦机尾或飞机拉不起来等问题。或飞机拉不起来等问题。19971997年年5 5月月8 8日日, ,南方深圳公司南方深圳公司B737B737飞机飞机, ,到到达深圳机场达深圳机场, ,天气不好天气不好, ,下大雨下大雨, ,前面一架飞机前面一架飞机已经改航备降已经改航备降, ,该机却勉强进近该机却勉强进近; ;在看不清地在看不清地面的情况下面的情况下, ,不果断复飞不果断复飞, ,结果造成重着陆。结果造成重着陆。在第一次着陆发生三点重着陆跳起的情况下在第一次着陆发生三点重着陆跳起的情况下, ,又错误地采取了复飞决定。当第二次着陆时又错误地采取了复飞决定。当第二次着陆时, ,因第一次重着陆飞机结构受损导致飞机操纵因第一次重着陆飞机结构受损导致飞机操纵困难而坠毁。困难而坠毁。 错误复飞造成危险或潜在危险错误复飞造成危险或潜在危险1980年年3月月20日一架安日一架安24着陆时未对准跑道复飞着陆时未对准跑道复飞,因速度偏小而驾驶员拉杆过度因速度偏小而驾驶员拉杆过度,使飞机呈大迎角状使飞机呈大迎角状态态,此时油门已加大此时油门已加大,但发动机增速缓慢但发动机增速缓慢,不能立即不能立即得到马力得到马力,飞机速度增不上去飞机速度增不上去,反而越来越小反而越来越小,最后最后失速失速,飞机几乎呈飞机几乎呈90度俯冲坠地失事。度俯冲坠地失事。错误复飞造成危险或潜在危险错误复飞造成危险或潜在危险