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发表时间 : 2020-8-14 19:19:56 | 浏览 : 10441    评论 : 9

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本帖最后由 cathy猫猫 于 2020-8-21 11:48 编辑

基础知识

飞行原理的基础知识主要分为四个部分:飞行中的航空器、与副翼和机翼相关的一些定义、参考坐标系、空气动力。

1.飞行中的航空器

A、航空器的运动

一般是指其重心相对于地球的位置变化。

航空器重心的运动基本可以被分解到三个相互垂直的轴上,且这三个轴相交于重心:

纵轴(roll axis):飞机的横向对称轴,也称为横滚轴、滚转轴等。

横轴(pitch axis):也称为俯仰轴。

垂直轴(yaw axis):也称为偏航轴。

基础知识 飞行原理 航空器 副翼 机翼

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B、控制面

航空器重心运动的主要原因是由于控制面的偏转,上面的介绍的每个轴都有与其相关联的控制面。重心的任何运动都是由于三大控制面的移动,从而导致航空器围绕着上述三个轴旋转。

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下面我们将概述三大控制面与上述三个轴之间的关系:

(1)副翼与纵轴(滚转轴):

如上图所示,副翼位于机翼末端后缘,接近翼尖的部位,其作用是使航空器围绕纵轴旋转。航空器两端的副翼偏转:同步且方向相反。

在下图中可以看到,操纵杆通过绕基座轴的旋转,带动联动装置驱动两个副翼的联动。

假设操纵杆向左移动,连杆将向右移动。这一运动通过角连杆传递给副翼:左副翼上升,右副翼下降。当副翼偏转时两侧机翼的外形也随之改变,这将导致两侧机翼上的升力变化:

左翼向下(当左侧副翼向上时)

右翼向上(当右侧副翼向下时)

结果产生一个围绕纵轴的力矩:左翼下降,右翼上升。

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结论:

◆杆向左:飞机向左倾斜

◆杆向右:飞机向右倾斜

(2)升降舵与横轴(俯仰轴):

围绕俯仰轴的运动(机头向上或向下)是通过偏转位于水平安定面后面的升降舵来实现的。假设飞行员将操纵杆向后拉,控制杆底部绕轴旋转,从而操纵与升降舵相连的缆索,致使升降舵向上偏转,水平尾翼的中弧线发生变化,结果向下的力出现在升降舵上。由于这个力的作用点在重心的后面,因此将产生一个围绕横轴的力矩:机尾下降,机头上升。

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结论:

◆前推杆:机头向下(pitch down)

◆后拉杆:机头向上(pitch up)

(3)方向舵与垂直轴(偏航轴)

航空器航向的改变(围绕垂直轴的运动)一般通过偏转位于垂直尾翼后方的方向舵来实现。此外,方向舵也被用于“协调转弯”或侧风时的蟹式着陆。

如下图所示,使用方向舵踏板可以改变方向舵的偏转,两侧踏板由机械连接,同时运动且方向相反,踏板与方向舵通过缆索连接。

假设飞行员踩右侧踏板,方向舵将向右偏转,这将产生一个向左的力。由于这个力位于重心的后方,因此将产生一个围绕垂直轴的力矩:机尾向左,机头向右。

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结论:

◆踩右踏板:向右偏航

◆踩左踏板:向左偏航

2.与翼型相关的定义

A、前缘与后缘

前缘指机翼上最先遇到气流的那一部分,通常是弧形的。后缘指机翼后方的那一部分,后缘通常是薄而锐利的。

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B、翼剖面

我们以平行于纵轴的方式切开机翼得到的面为翼剖面,又称为翼型。

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C、翼弦及中弧线

翼型的前缘点与后缘点的连线为翼弦,又称弦线(Chord line),长度为弦长(Chord),它是翼型的特征长度。但是某些翼型的下表面大部分为直线,即将此直线定为翼弦。

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由于机翼的翼弦在翼展方向上不同,在研究机翼时经常需要定义代表性的翼弦。

平均几何弦lm:机翼面积与翼展之比(面积和翼展与实际机翼相同)。平均几何弦只考虑了机翼平面形状的几何性质,没有考虑气动性质。

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平均气动弦:是假想矩形机翼的弦长,这一假想机翼的面积与实际机翼的面积相等,它的力矩特性和实际机翼也相同。很难通过计算求得,一般通过风洞试验求得。

英文缩写为MAC:Mean aerodynamic chord。

注意:通常平均几何弦与平均气动弦的值不同。

D、中弧线

中弧线为翼剖面中与上下表面距离相等的点的连线,又称翼型中弧线。

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E、厚弦比

弦线给定点上、下表面之间的距离称为翼型厚度。

假设最大厚度为h,弦长为l。

厚弦比e(又称相对厚度)是最大厚度与弦长的百分比。

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F、相对弯度

弯度是指弦线与中弧线之间的距离。

相对弯度为最大弯度与弦长的百分比。

假设最大弯度为f,弦长为,则相对弯度为:

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G、迎角

迎角:指弦线与来流(又称相对气流)方向的夹角,又称攻角,常用表示α。通常认为,当来流方向在机翼的下表面时迎角为正。

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H、机翼的安装角

安装角是指机翼安装在机身上时翼根翼剖面弦线与机身纵轴线之间的夹角。

这里我们给出一个新的定义,扭转角:机翼弦线与飞机纵轴之间的夹角。因此我们可以认为机翼的安装角是一个特殊的扭转角。

各翼剖面翼弦不在同一平面内的机翼叫扭转机翼(twisted wing),其扭转角从翼根到翼尖是变化的。在后掠机翼上,通常是将翼梢剖面相对根部剖面向下扭转,使翼梢剖面迎角减小(负扭转)。这样,使翼梢部分升力降低,可防止翼梢先开始失速,称为几何扭转。在有的机翼上,虽然各剖面翼弦在同一平面上(无几何扭转),但是沿展向采用了不同弯度的非对称翼型。从空气动力的角度来看,它实际上与几何扭转的作用相同,也起控制机翼展向升力分布的作用。这种情况称为气动扭转。在实际机翼上,常见的是气动扭转,或两者兼有。

I、翼面

翼面或机翼参考面是指两侧机翼和两侧机翼包含的机身部分在水平面上的投影区域。

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J、翼载

翼载是指飞机重力和机翼面积之比。单位为:N/㎡

翼载荷通常用来评估平均每单位翼面积上的升力。

K、翼展

翼展:指两侧翼尖之间的距离。

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L、根梢比

根梢比e:指翼尖弦线与翼根弦线之比,又称渐缩比、根尖比、翼缩比等。

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也有人认为根梢比为翼根弦线与翼尖弦线之比。

通常根梢比的范围在0.4~0.8

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M、展弦比

展弦比:翼展B与平均几何弦lm之间的比值。它没有单位,是一个无量纲。

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由lm并不是一个可以直接测量的值,因此常常这样计算展弦比:

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N、后掠角

后掠角的定义有多种版本:

1.垂直于机身纵轴线的平面与机翼四分之一弦线的夹角;

2.机翼平均气动弦长连线自翼根到翼尖向后歪斜的角度;

3.垂直于机身纵轴线的平面与机翼参考线(一般为前缘)的比值。

在以后的学习中将采用第一种定义。后掠角通常用Φ表示,机翼向后为正,向前为负。负后掠角即为前掠角。

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飞机前行的时候,飞机对前方空气产生压力,压力波以声速一层一层地向外传递,声速是空气性质的分界线。亚声速飞行时,前方空气在压力波推动下有序地向两侧让开飞机。然而,当飞机速度达到声速时,压力波不再可能赶在飞机前面把前方空气有序地向两侧分开。相反,压力波挤到一起,密度剧增,这就是所称的激波。激波的锋面在正好是声速的时候是平直的。随着速度的增加,激波的锋面变成圆锥形,锥的后倾角度随速度增加而增加,锋面背后的空气重新回到亚声速。如果平直的机翼后掠,“躲”到机头引起的激波锋面的背后,就可以避免机翼本身引起的激波阻力。

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事实上,后掠翼避免机翼本身引起激波阻力的作用在飞机速度还没有达到超声速时已经体现出来了。机翼是通过对上表面气流加速以形成上下表面气流的速度差、进而导致压力差而产生升力的。当垂直于机翼前缘的气流流速接近音速时,机翼上表面局部地区的气流受凸起的翼面的影响,其速度将会超过音速,出现局部激波,从而使飞行阻力急剧增加。采用后掠翼的话,迎面气流按后掠角分解成垂直于机翼前缘的分量(法向分量)和平行于机翼前缘的分量(展向分量),法向分量产生升力,展向分量不产生升力。后掠角等于零时,法向分量和迎面气流相等;后掠角越大,法向分量越小。因而与平直机翼相比,只有在更高的飞行速度情况下才会出现激波(即提高了临界马赫数),从而推迟了机翼面上激波的产生,即使出现激波,也有助于减弱激波强度,降低飞行阻力。

通常飞机的机翼都是后掠翼,但是也有少部分高速飞行的战机为前掠翼。前掠翼这种机翼的外形特点是,其前缘和后缘均向前掠,即掠角为锐角。前掠翼是相对后掠翼而言的一种翼型,其梢弦在根弦的前面,左右翼俯视投影形成一个V字。前掠翼是和后掠翼同时提出的,两者推迟激波产生的原理是完全相同,由于前掠翼上的展向流动指向翼根,大迎角飞行时气流首先从机翼根部分离,从根本上克服了翼尖失速问题,因而低速性能好,可用升力大,机翼的气动效率高。前掠翼常用于战机,例如下图的GrummanX-29机型。

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O、二面角

二面角通常指上反角或下反角。

上反角是指机翼基准面和水平面的夹角,当机翼有扭转时,则是指扭转轴和水平面的夹角。上反角常用δ(delta)表示,上反角为负时,即为下反角。

上反角的选择一方面取决于机翼与机身的相对位置,一般高置机翼上反效应强,采用下反角,低置机翼选用上反角。另一方面,上反角的选择还与机翼的后掠角有关,一般情况平直翼用上反角,后掠翼采用下反角。

大多数客机的机翼都是上反角(小于10°),但是也有一些大型的运输机机翼是下反角,例如运-20、安-225、美国的C-17、俄罗斯伊尔-76。

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图:安-225运输机

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图:伊尔-76运输机

P、扭转

扭转分为几何扭转和气动扭转。

几何扭转从翼根到翼尖是变化的。大多数机翼的扭转都是负的,即翼尖的扭转角小于翼根的扭转角:负扭转角也被称为下洗角(wash out)。气流方向向下倾斜。下洗角常被用来调整升力沿翼展方向上的分布(通过扭转机翼,使机翼内侧和外侧的迎角和升力不同。)

由于机翼的几何扭转以及从翼根到翼尖弦线的变化,导致机翼各处的迎角及空气动力也是不同的。

对于机翼的空气动力和迎角有一个重要的参数:零升迎角,当机翼弯度为正时(即机翼向上弯曲,中弧线在弦线之上),α0为负(如图1所示);相反,α0为正(如图2所示)。

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由图1可知,当翼型为正弯度时,即使迎角为零,机翼也会产生升力。

由图2可知,减小翼尖弯度,可增大零升迎角。考虑到升力在机翼上的分布,我们可以获得与气动扭转效果相同的下洗角效果:翼尖产生的升力小于翼根。

气动扭转:零升迎角沿翼展方向上的变化称为气动扭转,又称空气动力扭转。

Q、侧滑角

侧滑角是指飞行器飞行速度矢量V(或来流方向)与其纵向对称平面之间的夹角。速度矢量V在对称平面右方,则所对应的侧滑角为正,反之为负。侧滑角是确定飞行器飞行姿态的重要参数。

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3.参考坐标系

在研究飞机的短期飞行参数时(速度、姿态、高度和发动机推力等),常常用到两个参考坐标系:机体坐标系和气流坐标系。这两个坐标系原点均为飞机的重心CG。

A、机体坐标系

机体坐标系(G、X₁ 、Y₁ 、Z₁ )的三个轴定义如下:

纵轴GX₁(横滚轴),向前为正。

横轴GY₁(俯仰轴),向右为正(驾驶舱视角)。

垂直轴GZ₁(偏航轴),向下为正。

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B、气流坐标系

气流坐标系(G、X 、Y 、Z )的三个轴定义如下:

GX轴与飞机的瞬时速度矢量方向相同,向前为正。

GZ轴为飞机对称面中垂直于的轴;朝机翼下表面为正(通常朝正下方)。

GY轴是垂直于和的轴,向右为正(驾驶舱视角)。

气流坐标系又称空气动力参考系。

为了方便大家区分两个坐标系,我们将飞机在机体对称面(GXZ)和过重心(CG)点的水平面(GXY)上分别旋转一定的角度,如下面两个图所示。

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C、俯仰角-迎角-爬升角/下滑角

俯仰角θ:飞机纵轴与水平线的夹角。当纵轴在水平面之上时为正值。

爬升角/下滑角γ:飞机瞬时轨迹方向与水平面之间的夹角。当飞机上升时为正值。

此时迎角α大小等于纵轴与飞机真实轨迹方向之间的夹角。

右下图可知:俯仰角等于爬升角与迎角之和。
θ=α+γ
俯仰角=迎角+爬升角(或下滑角)

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例题:假设飞机的下滑角为3°,机头朝上,俯仰角为1°,求迎角?
因为飞机在下降,所以γ=-3°。
因为机头朝上,所以θ=+1°。
因此迎角:α=θ-γ=+4°

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两点提示:

飞机在下降时,机头也有可能朝上。

飞机在下降时,迎角一般也是正值。

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图:姿态仪

4.空气动力

A、空气动力

空气动力:飞机与空气做相对运动时,作用在飞机上的力。

气流绕经飞机时所产生的空气动力、空气动力力矩和表面压力分布随飞机外形和飞机在大气中的运动(包括马赫数、雷诺数、迎角、侧滑角、旋转角速度以及沉浮速度等)而变化的规律(见空气动力特性)。飞机的空气动力布局由机翼、机身、安定面、操纵面和容纳发动机的短舱(包括进气道和喷管)等部件的外形和它们的相对位置所决定,因而飞机的空气动力特性就是这些部件的空气动力特性和部件之间的空气动力干扰的合成。飞机的空气动力外形和空气动力特性还受到其他因素(如结构、发动机、材料、辅助系统、电子设备和人体生理等)的约束。不同用途的飞机有不同的空气动力特性,以求达到最佳的经济效益或作战效果。

基础知识, 飞行原理, 航空器, 副翼, 机翼
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
wang 评论于2020-8-15 11:04:17 |私信
图片看不到哦
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-8-15 13:57:00 |私信

这个要怎么授权,你知道吗?我自己的公众号,但我不知道怎么操作

点评

@小云 小云看看咋回事  详情 回复 发表于 2020-8-15 14:34
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
wang 评论于2020-8-15 14:34:38 |私信
2460194 发表于 2020-8-15 13:57
这个要怎么授权,你知道吗?我自己的公众号,但我不知道怎么操作

@小云 小云看看咋回事
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
小云 评论于2020-8-15 14:38:42 来自手机触屏版 |私信
亲,您把图片重新上传,对应替换掉就可以了。直接复制微信公号页面内容进来的,就会这样提示喔
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
小云 评论于2020-8-15 14:41:39 来自手机触屏版 |私信
怎样排版的问题,小云做了个解答贴哈,有问题随时联系我https://www.lyunx.com/thread-56607-1-1.html
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-8-16 18:07:01 |私信
小云 发表于 2020-8-15 14:41
怎样排版的问题,小云做了个解答贴哈,有问题随时联系我https://www.lyunx.com/thread-56607-1-1.html

谢谢您!
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-8-20 22:51:01 |私信
版主,你帮我删了这个帖子吧,我再试一下重发一次,这个不管我怎么改,图片都显示不了@

点评

您好,猫猫帮您重新排版了一下哈,如果还有排版方面的问题,可以私信猫猫,或者小云喔  详情 回复 发表于 2020-8-21 11:52
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
cathy猫猫#云友认证# · 超版 评论于2020-8-21 11:52:41 |私信
2460194 发表于 2020-8-20 22:51
版主,你帮我删了这个帖子吧,我再试一下重发一次,这个不管我怎么改,图片都显示不了@

您好,猫猫帮您重新排版了一下哈,如果还有排版方面的问题,可以私信猫猫,或者小云喔
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-8-23 16:59:25 |私信
cathy猫猫 发表于 2020-8-21 11:52
您好,猫猫帮您重新排版了一下哈,如果还有排版方面的问题,可以私信猫猫,或者小云喔

哇!太感动了,爱猫猫
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
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