《飞机的飞行原理》课件

飞机的飞行原理了解飞机是如何获得升力以及飞行的物理机制和基本原理掌握这些基础知识,有助于我们更好地理解和欣赏飞行的奇迹什么是航空力力的平衡物体运动航空力是在飞机飞行过程中产生航空力驱动飞机在空气中运动根,的各种力的集合包括升力、拖力据牛顿运动定律物体的运动状态,,、推力和重力它们相互作用达到是由施加在其上的力的合力决定,力的平衡的动力学分析研究航空力的大小、方向和作用规律是理解飞机飞行原理、提高飞行性能,的基础个基本航空力4升力桨推力1Lift2Thrust升力是由机翼形状和飞行速度桨推力是由发动机产生的水平产生的垂直向上的力是使飞机向前的推力用于克服飞机的阻,,升空的主要推动力力并推动飞机前进阻力重力3Drag4Gravity阻力是由空气流经飞机表面而重力是由地球引力产生的垂直产生的水平向后的力是制约飞向下的力会拉扯飞机向地面下,,机飞行速度的主要因素落升力的形成原理流线型设计为了产生足够的升力飞机机身和机翼采用了流线型的外形设计,,可以更有效地穿过空气气流加速当空气流过机翼上表面时会因机翼的曲率而产生加速从而降低,,气压产生升力,压力差机翼上表面的低压区和下表面的高压区产生压力差从而形成升,力推动飞机升空,升力系数和迎角关系

0.5最小迎角获得足够升力所需的最低迎角20最大迎角超过该角度会导致失速

1.5最大升力系数在最大迎角时机翼能产生的最大升力升力系数描述了翼型在特定迎角下产生的升力大小随着迎角增加,升力系数也会相应增大,直到达到最大升力系数继续增大迎角超过临界值后,机翼会失速,升力系数急剧下降在安全飞行中,保持在最大升力系数附近的迎角非常重要升力的影响因素机翼形状机翼的弧度、面积和长度都会影响升力的大小高弧度、大面积和长度的翼型可以产生更强的升力攻角机翼与气流的夹角越大,产生的升力也越强但攻角过大会导致机翼失速飞行速度飞行速度越快,升力也越大但速度过快会增大阻力,影响燃油效率攻角的影响攻角是指机翼与来流方向之间的夹角攻角的大小直接影响机翼产生的升力当攻角增大时空气流经机翼的速度差异也会增大从,,而提高升力系数但是攻角过大会导致气流分离造成失速降低升,,,力因此在设计和飞行中需要考虑攻角的合理范围机翼厚度和翼型对升力的影响翼型设计翼厚对升力翼型厚薄比翼型的形状和曲线决定了空气流过翼面时的机翼越厚能产生的最大升力越大但同时也薄翼能减少阻力但不如厚翼产生大的升力,,,流线型从而产生不同的升力最常见的翼会增加阻力因此需要在升力和阻力之间进不同机型的任务需求会决定采取何种翼型,型有圆弧型和对称型行权衡设计厚薄比飞机速度和高度对升力的影响飞机升力的大小与飞行速度和高度密切相关一般而言，飞行速度越快，升力越大；飞行高度越高，空气密度越小，升力越小因此，飞机在起飞时需要足够的速度来产生足够的升力而在巡航时也需要根据海拔高度调整油门来保持适当的,升力此外飞机翼型和机身设计也会影响升力合理的设计可以在不同条件下保持较高,,的升力效率桨推力的形成推进动力1桨式发动机通过螺旋桨的旋转产生推力气流加速2旋转的螺旋桨加速通过它的气流牛顿第三定律3按照牛顿第三定律,被加速的气流会反作用于桨叶推力产生4这种反作用力就是桨推力,推动飞机前进桨式发动机通过螺旋桨的高速旋转,对周围的空气施加推动力,产生桨推力这是利用牛顿第三定律实现的:螺旋桨加速空气流动,而空气对桨叶的反作用力就是桨推力,从而推动飞机前进燃料效率与发动机类型燃料效率发动机类型不同类型的发动机在燃料消耗方面有着显著的差异涡轮发动机活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机是航空器常和喷气发动机在燃油效率上优于传统的活塞式发动机先进的涡见的三种主要发动机类型它们各自在动力输出、油耗、噪音和轮发动机在喷油技术和燃烧效率方面有了很大的改进重量等方面有不同的特点和优缺点拖力的形成空气动力学阻力1当飞机在空气中前进时空气流经机身和机翼表面会产生阻力这,,种阻力被称为空气动力学阻力或拖力粘性阻力2空气流经飞机表面时表面粘性会产生一种摩擦性的阻力也就是,,粘性阻力这种阻力主要来源于机身和机翼的边界层压力阻力3流经机翼上下表面的空气压力差会产生一种压力阻力它主要来,源于机翼的迎角和形状拖力的影响因素机体形状飞行速度飞行高度气象条件飞机的外形设计影响空气流动飞行速度越快拖力就会越大高空飞行时空气密度较低拖风力、湍流和气温都会影响空,,,从而影响拖力流线型设计这是因为空气流经机身的速力会相对较小而低空飞行时气流动从而影响到拖力的大,,可以减少拖力而棱角分明的度增加产生的阻力也随之上空气密度较高拖力会增加小恶劣天气通常会增加拖力,,,,形状则会增加拖力升阻力系数和阻力的关系阻力系数物体形状、流体特性、马赫数等有关阻力与阻力系数、物体投影面积和流体动压成正比阻力系数确定需要通过实验或计算流体动力学获得降低阻力需要优化物体形状和减小投影面积低速飞行的特点升力增大在低速条件下机翼迎角增大产生更强的升力使飞机能够稳定地滞空,,,动力要求高在低速飞行时飞机需要更大的推力来克服更高的阻力提供足够的升力,,机动性好低速飞行时飞机的操纵性更好可以进行更灵活的机动动作,,高速飞行的特点加速能力强机动性优异高速飞行时飞机能在较短时间内在高速状态下飞机能够进行更急,,迅速加速并达到最高速度从而大转和复杂的机动动作大大增强了,,幅提升操作灵活性飞行操控性能量储备丰富快速跨越敌区高速飞行时飞机可利用大量的动高速飞行可减少飞机在敌区的曝,能进行战术机动在必要时迅速改光时间提高了生存能力和作战效,,变飞行状态率亚音速飞行的特点稳定性优良噪音相对较低亚音速飞机在低于声速的飞行速与高速飞行相比亚音速飞行产,度下由于气流的流动更稳定飞生的噪音更低对乘客和地面人,,,机操控性和稳定性更佳群造成的影响较小燃油效率高升力系数更高亚音速飞机无需克服高速飞行时因气流相对平稳亚音速飞机的,的大量阻力因此燃油效率较高升力系数较高起降性能优良,,,续航能力更强超音速飞行的特点高飞行速度产生冲击波高温环境超音速飞机能够超越音速边界达到每小时当飞机飞行速度超过音速时会在机身周围超音速飞行过程中飞机表面会产生大量热,2,,倍或以上的极高飞行速度这种速度为飞行产生强烈的冲击波引起轰鸣声和振动这量机身及内部组件需要特殊的隔热和冷却,,带来独特的挑战和优势些物理现象需要特殊的飞行技术和机身设计措施来维持正常运行来应对飞机动力装置的分类活塞式发动机涡轮发动机喷气发动机活塞式发动机利用气缸内汽油涡轮发动机利用排气产生的推喷气发动机通过压缩空气、燃的爆炸产生推力它们重量轻力来驱动涡轮它们功率大、烧然后排出的高速尾气产生推、耗油量低适用于小型和中重量轻、可靠性高常用于中力它们功率大、适用于高速,,型飞机但马力较小最高飞大型飞机但燃油消耗较高飞行但重量也较重噪音和燃,,,,行速度有限适用于高空巡航油消耗较高活塞式发动机的工作原理点火1点火塞产生火花点燃缸内混合气压缩2活塞向上行程压缩混合气爆炸3高温高压点火后使活塞受到向下的冲击力排出4活塞向上行程将废气排出吸入5活塞向下行程吸入新鲜的混合气活塞式发动机的工作原理是通过活塞在缸内的往复运动完成4个基本工作循环:点火-压缩-爆炸-排出,并在此基础上吸入新鲜混合气点火塞在合适时机产生火花引燃压缩后的混合气,产生强大的爆炸能量将活塞向下推动,带动曲轴旋转产生动力涡轮发动机的工作原理进气系统1涡轮发动机通过进气系统吸入大量新鲜空气空气经过压缩进入燃烧室燃烧室2在燃烧室内,压缩空气与喷入的燃料充分混合燃烧,产生高温高压的气体涡轮和涡轮轴3高温高压的气体通过涡轮驱动涡轮轴旋转,为压气机提供动力排气系统4排出的高温气体经过喷管产生推力,推动飞机前进同时也驱动压气机旋转喷气发动机的工作原理空气进气空气通过进气道被吸入发动机内部压缩空气被压缩机高速旋转的压缩叶轮压缩燃烧压缩后的空气与燃料混合并在燃烧室内燃烧排气高温高压的排气从喷气筒喷出产生推力飞行器起飞和降落的特点强大推力精准控制高速滑行飞机起飞时需要强大的推力来克服重力和阻飞机降落需要精准的速度、姿态和高度控制飞机在降落后需要在跑道上高速滑行以缓慢力使之从地面升空发动机的推力是关键以确保安全平稳地接触地面飞行员的技减速直至完全停止这需要大量动能吸收,,,术是关键气流对飞机飞行的影响气流动作空气流动会对飞机产生升力、推力和阻力影响飞行性能,气流湍流随机性的气流湍流会造成飞机剧烈颠簸危及飞行安全,天气因素强风、雷雨等恶劣天气会增加飞机飞行的难度与危险性飞行高度对飞机性能的影响升力变化动力消耗飞行高度越高空气密度越低升力高空飞行时发动机需要提供更大,,,越小飞机需更高的飞行速度来维的功率来克服减小的空气密度燃,,持升力料消耗率更高大气压力稳定性气压随高度升高而降低可能造成高空飞行时受湍流和气流的影响,,舱内压力差过大对飞机结构和人更大飞机的稳定性和机动性下降,,体带来威胁气温对飞机飞行性能的影响升力变化动力输出变化12气温升高会使空气密度降低从高温会降低发动机输出功率减,,而降低升力这会影响飞机的弱飞机的推进性能和机动性起飞和爬升性能飞行高度变化结冰风险增加34高温会导致空气密度下降飞机低温环境中水分容易在机身上,,在给定功率下可以飞得更高结冰增加飞行安全隐患,但过高高度会影响飞行稳定性重力对飞机飞行的影响重力的作用重力会对飞机的飞行产生一个向下的拉力,这个力就是重力这个力会与升力力相抗衡,影响飞机的升降能力起飞和降落重力会使飞机在起飞时需要更大的推力来克服,而在降落时则会使飞机更容易受控因此重力对飞机的起飞和降落过程非常关键燃油消耗重力会增加飞机的燃油消耗,因为需要更多的能量来克服重力这也导致飞机在高空飞行时油耗更低飞行中的机动性和稳定性机动性稳定性良好的机动性可使飞机快速反应稳定性可确保飞机在受到干扰时,在紧急情况下进行灵活的操控能自动恢复平衡这需要飞机的这需要飞机具有良好的操控性能重心位置、气动力学设计等因素和飞行员的熟练技术合理动静平衡动态和静态平衡的协调是保证飞行安全的关键飞机的结构设计、重心位置等都会影响其平衡状态飞行安全的重要性事故预防人机协作技术保障应急准备飞行过程中可能出现各种突发飞行员和地勤人员之间的协作先进的航空技术和设备是确保制定完善的应急预案培训机,事件如恶劣天气、机械故障非常关键需要建立良好的沟飞行安全的重要基础需要不组人员处置突发事件的能力,,,,等需要做好预防和应对措施通机制确保各方及时提供准断更新和维护提高安全性能减少事故发生和后果,,,,确保安全确信息飞机自动化控制系统自动化控制自动驾驶系统飞行监控系统现代飞机采用先进的自动化控制系统可以自动驾驶系统可以代替飞行员执行一些例行先进的飞行监控系统可以实时监测各项飞行,自动调节飞行状态如航向、高度、速度等的飞行任务减轻驾驶员工作负担提高飞行参数及时预防和处理各种异常情况确保飞,,,,,,提高飞行安全性和效率精度和稳定性行安全总结与展望通过对飞机飞行原理的深入探讨我们对航空力学有了更加全面的理解未来随,,着新材料和新技术的应用飞机性能将进一步提升安全性和燃油效率也将持续改,,善让我们共同期待科技的进步推动航空事业的持续发展,。