固定翼飛機飛行原理知識

時間：2022-03-31 17:18:22 航空培訓(xùn) 我要投稿

固定翼飛機飛行原理知識

　　到目前為止，除了少數(shù)特殊形式的飛機外，大多數(shù)飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成。那么，下面是由小編為大家提供固定翼飛機飛行原理知識，歡迎大家閱讀瀏覽。

固定翼飛機飛行原理知識

　　一、飛行的主要組成部分及功用

　　到目前為止，除了少數(shù)特殊形式的飛機外，大多數(shù)飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成：

　　機翼——機翼的主要功用是產(chǎn)生升力，以支持飛機在空中飛行，同時也起到一定的穩(wěn)定和操作作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼，操縱副翼可使飛機滾轉(zhuǎn)，放下襟翼可使升力增大。機翼上還可安裝發(fā)動機、起落架和油箱等。不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同。

　　機身——機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設(shè)備，將飛機的其他部件如：機翼、尾翼及發(fā)動機等連接成一個整體。

　　尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可動的升降舵組成，有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機俯仰和偏轉(zhuǎn)，保證飛機能平穩(wěn)飛行。

　　起落裝置——飛機的起落架大都由減震支柱和機輪組成，作用是起飛、著陸滑跑，地面滑行和停放時支撐飛機。

　　動力裝置——動力裝置主要用來產(chǎn)生拉力和推力，使飛機前進。

　　飛機上除了這五個主要部分外，根據(jù)飛機操作和執(zhí)行任務(wù)的需要，還裝有各種儀表、通訊設(shè)備、領(lǐng)航設(shè)備、安全設(shè)備等其他設(shè)備。

　　二、飛機的升力和阻力

　　飛機是重于空氣的飛行器，當飛機飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機的空氣動力，飛機就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機升力和阻力的產(chǎn)生之前，我們還要認識空氣流動的特性，即空氣流動的基本規(guī)律。流動的空氣就是氣流，一種流體，這里我們要引用兩個流體定理：連續(xù)性定理和伯努利定理

　　流體的連續(xù)性定理：當流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管道時，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。

　　連續(xù)性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關(guān)系。

　　伯努利定理基本內(nèi)容：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。

　　飛機的升力絕大部分是由機翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負升力，飛機其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮。從上圖我們可以看到：空氣流到機翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機翼上、下表面流過，在機翼后緣重新匯合向后流去。機翼上表面比較凸出，流管較細，說明流速加快，壓力降低。而機翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。這里我們就引用到了上述兩個定理。于是機翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。這樣重于空氣的飛機借助機翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力，從而翱翔在藍天上了。

　　機翼升力的產(chǎn)生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，一般機翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只占總升力的20-40%左右。

　　飛機飛行在空氣中會有各種阻力，阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力，它阻礙飛機的前進，這里我們也需要對它有所了解。按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力和干擾阻力。

　　摩擦阻力——空氣的物理特性之一就是粘性。當空氣流過飛機表面時，由于粘性，空氣同飛機表面發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個阻止飛機前進的力，這個力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，決定于空氣的粘性，飛機的表面狀況，以及同空氣相接觸的飛機表面積�？諝庹承栽酱�、飛機表面越粗糙、飛機表面積越大，摩擦阻力就越大。

　　壓差阻力——人在逆風中行走，會感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機的機身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。

　　誘導(dǎo)阻力——升力產(chǎn)生的同時還對飛機附加了一種阻力。這種因產(chǎn)生升力而誘導(dǎo)出來的阻力稱為誘導(dǎo)阻力，是飛機為產(chǎn)生升力而付出的一種“代價”。其產(chǎn)生的過程較復(fù)雜這里就不在詳訴。

　　干擾阻力——它是飛機各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。這種阻力容易產(chǎn)生在機身和機翼、機身和尾翼、機翼和發(fā)動機短艙、機翼和副油箱之間。

　　以上四種阻力是對低速飛機而言，至于高速飛機，除了也有這些阻力外，還會產(chǎn)生波阻等其他阻力。

　　三、影響升力和阻力的因素

　　升力和阻力是飛機在空氣之間的相對運動中(相對氣流)中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有：機翼在氣流中的相對位置(迎角)、氣流的速度和空氣密度以及飛機本身的特點(飛機表面質(zhì)量、機翼形狀、機翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等)。

　　迎角對升力和阻力的影響——相對氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，升力增大：超過臨界臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超過臨界迎角，阻力急劇增大。

　　飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響——飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例，即速度增大到原來的兩倍，升力和阻力增大到原來的四倍：速度增大到原來的三倍，勝利和阻力也會增大到原來的九倍�？諝饷芏却�，空氣動力大，升力和阻力自然也大。空氣密度增大為原來的兩倍，升力和阻力也增大為原來的兩倍，即升力和阻力與空氣密度成正比例。

　　機翼面積，形狀和表面質(zhì)量對升力、阻力的影響——機翼面積大，升力大，阻力也大。升力和阻力都與機翼面積的大小成正比例。機翼形狀對升力、阻力有很大影響，從機翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置到機翼結(jié)冰都對升力、阻力影響較大。還有飛機表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響，飛機表面相對光滑，阻力相對也會較小，反之則大。

　　十一種常見的固定翼飛機：

　　運-5運輸機

　　運-5（代號：Y-5）運輸機，是中國南昌飛機制造廠（320廠）生產(chǎn)的輕型多用途單發(fā)雙翼運輸機，是按照前蘇聯(lián)安東諾夫設(shè)計局設(shè)計的安-2飛機的圖紙資料，于1957年12月23日在中國制造成功，曾名"豐收二號"。

　　運-5的主要型別有貨運型、客運型、農(nóng)業(yè)型、跳傘和空中支援型、救護型等。運-5的多種改型還活躍在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其它行業(yè)上。

　　運-5飛機是一種安全可靠、性能良好、多種用途的輕型飛機，并具有經(jīng)濟性好、使用維護簡單、安全可靠等特點，該機不僅能低空飛行，用于農(nóng)業(yè)的滅蝗殺蟲、播種、施肥，森林防護滅火，地質(zhì)勘察、探礦，醫(yī)療救護，民航客貨運輸，軍隊訓(xùn)練傘兵和跳傘運動等等，而且加裝渦輪增壓器后，還能夠進行高空飛行，用于探測高空大氣和航空測量。如果加裝水上飛行設(shè)備，又能作水上飛機使用。

　　西銳SR-20

　　西銳SR-20型飛機是西銳飛機設(shè)計制造公司生產(chǎn)的一種小型活塞螺旋槳式的五座輕型飛機，采用下單翼設(shè)計，機身采用復(fù)合材料打造。

　　適合作為私人飛機以及初級教練機使用。

　　具有獨特的整機降落傘系統(tǒng)（CAPS），可以在緊急情況下保障機組生命安全。于1998年取得FAA適航標準。

　　小鷹500輕型多用途飛機

　　小鷹500輕型多用途飛機由航空工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院設(shè)計、石家莊飛機公司生產(chǎn)的4-5座輕型多用途飛機；憑借優(yōu)越的飛行性能，被譽為"空中奔馳"，是中國第一架按照中國民航適航條例設(shè)計生產(chǎn)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的輕型多用途飛機，填補了中國通用航空在改型別上的空白。

　　起飛距離短，能在機場、公路上安全起降，可廣泛用于飛行訓(xùn)練、公務(wù)飛行、農(nóng)林作業(yè)、空中救護、空中攝影、測量制圖、商業(yè)運輸、體育運動、旅游、環(huán)保、勘探等，其綜合性能達到了國外同類飛機的先進水平。

　　海鷗300

　　"海鷗300"是中國國內(nèi)首款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水陸兩棲飛機，由航空工業(yè)石家莊飛機公司和航空工業(yè)特飛所聯(lián)合研制，2010年8月首飛。

　　該飛機選裝高性能大功率發(fā)動機，配置綜合顯示儀、雷達和大氣數(shù)據(jù)計算機等先進航空電子設(shè)備，基本型為可載4-6名乘客的客運型，可廣泛用于公務(wù)飛行、客貨運輸、醫(yī)療救護、航空探測、旅游觀光等，還機可進行航拍、陸地物資運輸和水上巡邏。

　　"海鷗300"在技術(shù)上達到歐美國家同級別水陸兩棲飛機的先進水平，填補了5噸級以下水陸兩棲飛機的空白，可為通用航空用戶提供一種多用途、性能先進、適應(yīng)性強、低成本的水陸兩棲飛機。

　　塞斯納172

　　塞斯納-172型單發(fā)四座活塞式小型通用飛機由美國塞斯納飛機公司研制，北約稱其為"天鷹"，1956年投入生產(chǎn)。在塞斯納公司的小型通用飛機系列中，172型是最早采用前三點式起落架的。

　　塞斯納172/182系列是目前世界產(chǎn)量最大、用于飛機駕駛員訓(xùn)練最多的飛機之一。

　　塞斯納208

　　塞斯納208型單發(fā)渦漿式多用途輕型飛機由美國塞斯納飛機公司研制，除可用作客、貨運輸外，換裝專用設(shè)備后，還可用于空中滅火、空中攝影、農(nóng)業(yè)噴灑、邊境巡邏、跳傘、空投物資、醫(yī)療救護和監(jiān)視飛行等任務(wù)。

　　塞斯納208經(jīng)歷了一系列的修改，并衍生出不同的機型，由最初的型號演變出多種改型。塞斯納208以其優(yōu)良的適應(yīng)能力著稱，公司提供了不同的起落架安裝模式，使塞斯納208能適應(yīng)不同的地形，甚至包括水上型。

　　鉆石DA40

　　鉆石DA40由奧地利鉆石飛機公司研制。2008年山東濱州與該公司共同成立山東濱奧飛機制造有限公司，生產(chǎn)該型飛機。

　　DA40飛機具有滑翔性能好、安全性能高、重量輕、使用壽命長、耗油量低、起飛距離短、維護方便、經(jīng)濟環(huán)保等特點�？蓮V泛用于航空訓(xùn)練、邊防巡邏、森林防火、勘察、救援等領(lǐng)域，也是旅游觀光、私人乘駕的理想機型。

　　鉆石DA42"雙子星"

　　DA42"雙子星"是奧地利鉆石公司在DA40的基礎(chǔ)上研制出的一款四座雙發(fā)飛機。該飛機融合了鉆石系列飛機和設(shè)備技術(shù)的優(yōu)勢，同時又具備了自身特點。

　　作為一種教練飛機，DA42飛機操縱安全、經(jīng)濟適用；碳纖維合成材料的機身，堅固、安全；裝載的機載電子系統(tǒng)，接近波音737系列等大型飛機的電子設(shè)備，是適合飛行培訓(xùn)教學(xué)的完美配置；航空煤油的雙發(fā)發(fā)動機的動力裝置，使用更加經(jīng)濟、安全。

　　PA-44"塞米諾"

　　PA-44是由美國派珀飛機公司制造的美式雙引擎輕型飛機，該飛機由Piper PA-28單引擎飛機發(fā)展而來，是派珀飛機公司的明星機型，該機已問世20多年，技術(shù)成熟，有良好的操控性和優(yōu)異性能，世界各地的飛行員對它鐘愛有加。

　　同時它還是一款非常適合進行飛行培訓(xùn)的機型，操控簡單，容易上手，受到飛行學(xué)員的追捧。

　　灣流G550

　　灣流G550公務(wù)機，由美國灣流宇航公司于2003年推出，航程為11686公里，最大巡航高度為15545米，可搭載18名乘客。

　　它是人類飛行史上首架能從紐約直達東京的國際頂級遠程噴氣式公務(wù)機代表機型之一。

　　達索獵鷹7X

　　達索獵鷹7X是法國達索飛機公司的旗艦機型公務(wù)機，可以承載8名乘客和4名機組人員，航程超過11000km。

　　獵鷹7X采用當今世界上噴氣式商務(wù)客機中的最先進技術(shù)——近乎完美的空氣動力學(xué)設(shè)計、太空時代的材料、創(chuàng)新的電腦系統(tǒng)和戰(zhàn)斗機專家團隊，7X全新定義了新時代商務(wù)機型所應(yīng)具有的性能標準。

　　固定翼飛機的平飛飛行原理：

　　飛機作等速直線水平的飛行，叫平飛。平飛中作用于飛機的外力有升力、重力、拉力（或推力）和阻力。平飛時，飛機無轉(zhuǎn)動，各力對重心的力矩相互平衡，且上述各力均通過飛機重心。為保持平飛，需要有足夠的升力以平衡飛機的重量，為了產(chǎn)生這一升力所需的飛行速度，叫平飛所需速度影響平飛所需速度的因素：

　　飛機重量在其它因素都不變的條件下，飛機重量越重，為保持平飛所需的升力就越大，故平飛所需速度也越大。相反，飛機重量越輕，平飛所需速度就越小。

　　機翼面積機翼面積大，升力也大。為了獲得同樣大的升力以平衡飛機重量，所需平飛速度就小。反之，機翼面積小，平飛所需速度就大。

　　空氣密度空氣密度小，升力也小，為了獲得同樣大的升力以平衡飛機重量，平飛所需速度就增大。反之，空氣密度大，平飛所需速度就減小，空氣密度的大小是隨飛行高度以及該高度的`氣溫氣壓而變化的，飛行高度升高，或在同一高度上，氣溫升高或氣壓降低，空氣密度都會減小。反之增大。

　　升力系數(shù)升力系數(shù)大，平飛所需速度就小。因為，升力系數(shù)大，升力大，只需較小的速度就能獲得平衡飛機重量的升力。反之，升力系數(shù)小，平飛所需速度就大。

　　而升力系數(shù)的大小又決定于飛機迎角的大小和增升裝置的使用情況。迎角不同，開力系數(shù)不同，平飛所需速度也就不同。在小于臨界迎角的范圍內(nèi)，用大迎角平飛，升力系數(shù)大，平飛所需速度就小，用小迎角平飛，升力系數(shù)小，平飛所需速度就大，即是說，平飛中每一個迎角均有一個與之對應(yīng)的平飛所需速度。

　　增升裝置的使用情況不同，升力系數(shù)大小也不同，平飛所需速度也將下一樣。（比如放襟翼起飛，由于升力系數(shù)大，為平衡飛機重量所需的速度就小，即離地速度小，起飛滑跑距離就短）。

　　1. 最大平飛速度，在一定的高度和重量下，發(fā)動機加滿油門時，飛機所能達到的穩(wěn)定平飛速度，就是飛機在該高度上的最大平飛速度。平飛最大速度是理論上飛機平飛所能達到的最大速度，而并不是飛機實際的最大使用速度，由于飛機強度等限制，最大使用速度比平飛最大速度可能要小。比如三叉戟飛機，在海平面，標準大氣，全收狀態(tài)下，平飛最大速度為480海里/小時，而最大使用速度則規(guī)定為365海里/小時。

　　2. 平飛最小速度，是飛機作等速平飛所能保持的最小速度。如有足夠的可用拉力或可用功率，那么平飛最小速度的大小受最大升力系數(shù)的限制。因為臨界迎角的升力系數(shù)最大，所以與臨界迎角相對應(yīng)的平飛速度（失速速度），就是平飛最小速度。對飛機的要求來說，平飛最小速度越小越好，因平飛最小速度越小，飛機就可用更小的速度接地，以改善飛機的著陸性能。臨界迎角對應(yīng)的平飛速度，是平飛的最小理論速度。實際上當飛機接近臨界迎角時，由于機翼上氣流嚴重分離，飛機出現(xiàn)強烈抖動，飛機不僅易失速而且安定性、操縱性都差。所以實際上要以該速度平飛是不可能的。為保證安全，對飛行迎角的使用應(yīng)留有一定的余量，不允許在臨界迎角狀態(tài)飛行。

　　3. 平飛有利速度就是以有利迎角保持平飛的速度。以有利速度平飛，升阻比最大平飛阻力最小，航程較遠。

　　4. 經(jīng)濟速度就是用最小所需功率作水平飛行時的速度。用經(jīng)濟速度平飛所需功率最小，即所用發(fā)動機的功率最小，比較省油，航時較長。與經(jīng)濟速度相對應(yīng)的迎角，叫經(jīng)濟迎角。

　　在平飛中改變速度的基本操縱方法是：要增大平飛速度，必須加大油門，并隨著速度的增大而前推駕駛桿；同理，要減小平飛速度則必須收個油門，并隨著速度的減小而后拉駕駛桿。也就是說，從一個平飛狀態(tài)改變到另一個乎飛狀態(tài)，必須同時操縱油門和駕駛桿。此外，對螺旋槳飛機正必頂要修正因加減油門而引起的螺旋槳副作用的影響。但是必須指出，上述改變平飛速度的操縱規(guī)律只有在大于經(jīng)濟速度的范圍內(nèi)才適合。

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