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1、第二章 第 页,1,第一章 飞机的基本结构,第一节：固定翼飞机的主要组成部分 小型固定翼飞机的主要部件： 机体、起落架、动力装置 主要组成部分-机体： 机身、机翼、尾翼,第二章 第 页,2,固定翼无人机,第二章 第 页,3,一、机身,装载 飞行控制系统、动力系统、通讯系统、燃料系统、任务系统等。 将机翼、尾翼、发动机、起落架连在一起，形成完整的飞行平台,第二章 第 页,4,二、机翼,安装位置：,第二章 第 页,5,机翼,安装位置：,第二章 第 页,6,副翼襟翼,第二章 第 页,7,襟翼,第二章 第 页,8,三、尾翼,常规布局,第二章 第 页,9,正V、倒V、双垂尾,第二章 第 页,10,第二章
2、 第 页,11,四、起降装置,第二章 第 页,12,第二节 翼型,中弧线：翼型的上下表面的等距离的曲线。,前缘、后缘：机翼上下表面的外形线在前后的交点。,前缘半径：翼型前缘曲率圆的半径 。,弦线：前缘和后缘端点的连线。,弦长：弦线被前缘和后缘所截长度。,第二章 第 页,13,翼型的选择,翼型的升力特性； 翼型的阻力； 翼型的使用范围； 平面形状的影响； 足够的空间和刚度； 翼型选择的一般规律；,第二章 第 页,14,第三节 机翼的平面形状,第二章 第 页,15,机翼的展弦比： 机翼的梢根比： 机翼的后掠角： 机翼的平均气动弦长： 上反角： 机翼扭转： 机翼的安装角：,第二章 第 页,16,第二
3、章 大气,第一节 大气的成分和分层,大气杂质,17,19,对流层特点,20,第三章 空气动力学,空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。,空气流动的描述,飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反,只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。,对相对气流的现实应用,直流式风洞,回流式风洞,风洞实验段及实验模型,风洞的其它功用,一、相对气流、流线和流线谱,空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。,流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。,第一节 气流特性,流管：由
4、许多流线所围成的管状曲面。,流线和流线谱,流线谱是所有流线的集合。,流线和流线谱的实例,流线和流线谱的实例,二、连续性定理,流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。,质量守恒定律是连续性定理的基础。,连续性定理,1,2,A1,v1,A2,v2,单位时间内流过截面1的流体体积为,单位时间内流过截面1的流体质量为,同理，单位时间内流过截面2的流体质量为,则根据质量守恒定律可得：,即,结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。,山谷里的风通常比平原大,河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢,日常的生活中的连续性定理,高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大,三、伯努利定理,同
5、一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。,能量守恒定律是伯努力定理的基础。,伯努利定理,空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。,因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式表述为：,上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。,伯努利定理,第二节 牛顿的三大定律,牛顿第一定律：孤立质点保持静止或匀速直线运动； 牛顿第二定律：物体因受力作用而产生加速度； 牛顿第三定律：相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反,第三节 升力及升力系数,升力的产生原理,相同的时间，相同的
6、起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？,升力的产生原理,前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。,由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的气流，比流过下表面的气流的速度更快。,升力的产生原理,上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。,机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure),压力中心的移动,非对称翼型，在迎角小于临界迎角的范围内，迎角增大，压力中心前移。 迎角大于临界迎角时，迎角增大，压力中心后移。,翼型的压力分布,当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。 当机翼表面压强高于大气压，称为压
7、力。,用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。,矢量表示法,驻点和最低压力点,B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。,A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零。,坐标表示法,从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。,升力公式,飞机的升力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,升力公式的物理意义,飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。,升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。,升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其
8、自由翱翔。,迎角,迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。,相对气流方向就是飞机速度的反方向,相对气流方向是判断迎角大小的依据,平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。,水平飞行、上升、下降时的迎角,上升,平飞,下降,阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。,第四节 阻力,阻力的分类,对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：,摩擦阻力(Skin Friction Drag) 压差阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 诱导阻力(Induced Drag
9、),废阻力 (Parasite Drag),升力,粘性,一、摩擦阻力,由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零，根据作用力与反作用力定律，飞机必然受到空气的反作用。这个反作用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。,附面层,附面层分为层流附面层和紊流附面层，层流在前，紊流在后。层流与紊流之间的过渡区称为转捩点。,影响摩擦阻力的因素,紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。 飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。 飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。,摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。,摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大,二、压差阻力,压差阻力是由处于
10、流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。,压差阻力的产生,气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。,影响压差阻力的因素,总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。 压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。,三、干扰阻力,飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。,干扰阻力的消除,干扰阻力
11、在飞机总阻力中所占比例较小。,飞机各部件之间的平滑过渡和整流蒙皮，可以有效地减小干扰阻力的大小。,四、诱导阻力,由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。,翼尖涡的形成,正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。,这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）,正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面，就使下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜，上翼面反之。,翼尖涡的形成,翼尖涡的形成,由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向，于是就形成旋涡
12、，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。,翼尖涡的立体形态,翼尖涡的形态,下洗流（DownWash）和下洗角,由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场，称为下洗。在亚音速范围内，这下洗速度场会覆盖整个飞机所处空间范围。,诱导阻力的产生,有限展长机翼与无限展长机翼相比，由于前者存在翼尖涡和下洗速度场，导致前者的总空气动力较后者更加后斜，即前者总空气动力沿飞行速度方向（即远前方相对气流方向）的分量较后者更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。,影响诱导阻力的因素,机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。,展弦比越大，诱导阻力越小 升力越大，诱导阻力越大 平直飞行中，诱
13、导阻力与飞行速度平方成反比 翼梢小翼可以减小诱导阻力,展弦比对诱导阻力的影响,展弦比对诱导阻力的影响,高展弦比航空器,空速大小对诱导阻力大小的影响,空速小，下洗角大，诱导阻力大,空速大，下洗角小，诱导阻力小,翼梢小翼,翼梢小翼,翼梢小翼可以减小诱导阻力,翼梢小翼可以减小诱导阻力,翼梢小翼改变了机翼沿展向分布的翼载荷。,五、阻力公式,飞机的阻力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,第二章 第 页,84,六、升阻比,升阻比是指飞行器在飞行过程中，在同一迎角的升力与阻力（也即升力系数与阻力系数）的比值。 L Cl K = - = - D Cd 其值与飞行器迎角有关，此值愈大说明飞行器的空气动力性能愈好。,回顾阻力组成,摩擦阻力(Skin Friction Drag) 压差阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 诱导阻力(Induced Drag),废阻力 (Parasite Drag),总空气动力,升力和阻力之和称为总空气动力。,