飞机的飞行原理

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1、 123 不 论 是 轻 于 空 气 的 飞 行 器 还 是 重 于 空 气 的 飞 行 器 ， 都 要 在大 气 层 中 飞 行 。 因 此 在 研 究 空 气 动 力 学 和 飞 行 器 时 ， 要 先 对空 气 的 基 本 性 质 和 大 气 的 状 况 有 所 了 解 。 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素二 、 大 气 飞 行 环 境三 、 国 际 标 准 大 气 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 大 气 可 看 作 一 种 混 合 物 ， 它 由 三 个 部 分 组 成 :干 洁 空 气 、 水 汽 和 大 气 杂 质 。 干 洁 空 气 是 构 成 大

2、气 的 最 主 要 部 分 ， 一 般 意 义 上 所 说 的 空 气 ， 就 是 指 这一 部 分 。 空气的成分 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 在 构 成 空 气 的 多 种 成 分 中 ， 对 天 气 影 响 较 大 的 是 二 氧 化 碳 和 臭 氧 。 二 氧 化碳 对 地 球 起 到 了 保 温 作 用 。 臭 氧 能 强 烈 吸 收 太 阳 紫 外 线 ， 臭 氧 层 通 过 吸 收 太 阳紫 外 辐 射 ， 使 地 球 生 物 免 受 了 过 多 紫 外 线 的 照 射 。 工 业 二 氧 化 碳 包 围 地 球 的 臭 氧 层 一 、 大 气 的 结 构 和

3、 气 象 要 素 为 了 描 述 大 气 状 态 的 变 化 ， 也 就 引 入 了 气 温 、 气 压 、 湿度 、 能 见 度 和 风 、 云 等 基 本 气 象 要 素 。 气 温 是 指 空 气 的 冷 暖程 度 。 气 温 通 常 用 三 种温 标 来 量 度 ， 即 摄 氏 温标 ( )、 华 氏 温 标 ( )和绝 对 温 标 (K)。 气 温 的 变化 直 接 影 响 着 飞 机 的 飞行 性 能 ， 如 发 动 机 功 率 、飞 机 的 起 飞 着 陆 以 及 燃油 消 耗 。 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 气 压 就 是 大 气 压 强 ， 度 量 气 压

4、 的 单 位 为 帕 斯 卡 ， 符 号 是Pa。 气 压 的 大 小 和 高 度 、 温 度 、 密 度 有 关 。 一 般 情 况 下 随高 度 的 升 高 而 降 低 ， 依 此 规 律 可 测 量 飞 行 高 度 。 因 而 气 压也 就 成 了 重 要 的 大 气 资 料 。 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 能 见 度 是 指 正 常 视 力 者 能 看 清 目 标 轮 廓 的 最 大 水 平 距 离 。 对飞 行 员 来 说 ， 最 重 要 的 是 跑 道 能 见 度 （ 着 陆 能 见 度 ） ， 它 是 指 飞机 在 下 降 着 陆 过 程 中 飞 行 员 能

5、看 清 跑 道 近 端 的 最 远 距 离 。 影 响 能见 度 的 因 素 很 多 ， 主 要 的 是 受 大 气 透 明 度 (如 云 、 雾 、 烟 、 沙 尘及 水 滴 等 直 接 影 响 着 大 气 的 透 明 状 况 因 素 )， 夜 间 的 灯 光 强 度 等 。 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 风 是 指 空 气 的 水 平 流 动 。 风 的 存 在 使 飞 机 的 飞 行 增 加 了 一 定的 复 杂 性 ， 它 直 接 影 响 着 起 飞 、 着 陆 、 巡 航 和 油 量 的 消 耗 。 机场 跑 道 方 向 是 固 定 的 ， 而 风 的 矢 量 是

6、经 常 变 化 。 因 此 ， 实 际 上起 飞 、 着 陆 往 往 是 在 侧 风 条 件 下 进 行 。 侧 风 使 飞 机 偏 离 跑 道 ，而 且 侧 风 角 度 越 大 或 者 风 速 越 大 ， 偏 离 得 越 利 害 。 所 以 在 侧 风中 根 据 具 体 情 况 作 必 要 的 修 正 ， 才 能 保 证 对 准 跑 道 ， 安 全 起 降 。 飞机着陆遇侧风 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 云 是 空 中 水 气 的 凝 结 物 。 云 的 不 同 形 状 和 变 化 ， 既 能 反 映当 时 大 气 运 动 的 状 态 ， 又 能 预 示 未 来 的 天

7、气 变 化 ， 有 经 验 的飞 行 人 员 把 云 称 为 “ 空 中 地 形 ” 和 “ 空 中 的 路 标 ” 。 云 对 飞行 的 影 响 有 以 下 几 点 ： （ 1） 低 云 妨 碍 飞 机 的 起 飞 、 降 落 。（ 2） 云 中 飞 行 可 能 出 现 颠 簇 。 （ 3） 云 中 飞 行 还 可 能 造 成 飞机 积 冰 。 一 、 大 气 的 结 构 和 气 象 要 素 降 水 是 云 雾 中 的 水 滴 或 冰 晶 降 到 地 面 的 现 象 。 降 水 通 常指 雨 、 雪 、 冰 、 雹 等 。降 水 对 飞 行 的 影 响 : 1 降 水 使 能 见 度 减 小

8、 。2 过 冷 雨 滴 会 造 成 飞 机 结 冰 。3 降 水 影 响 了 跑 道 的 正 常 使 用 。 二 、 大 气 与 飞 行 安 全 除 了 气 温 、 气 压 、 能 见 度 、 风 、 云 、 降 水 这 些 气 象 因 素 能直 接 影 响 飞 机 的 操 作 和 飞 行 安 全 外 ， 一 些 天 气 危 害 ， 如 ： 飞机 结 冰 、 乱 流 、 风 切 变 等 也 是 直 接 影 响 飞 机 的 操 作 和 飞 行 安全 的 因 素 。飞 机 结 冰 飞 机 飞 经 冷 却 的 云 层 或 云 雨 区 时 ， 机 翼 机 尾 、螺 旋 桨 或 其 它 部 分 常 会

9、聚 集 冰 晶 。飞 机 结 冰 可 能 造 成 的 危 险 ：（ 1） 飞 机 结 冰 增 加 机 体 重 量 ；（ 2） 机 翼 机 尾 结 成 冰 壳 ， 损 坏 其 流 线 外 形 ；（ 3） 喷 射 发 动 机 进 口 结 冰 ， 发 动 机 丧 失 发 动 能 力 ；（ 4） 天 线 结 冰 ， 致 使 无 线 电 雷 达 信 号 失 灵 等 。 二 、 大 气 与 飞 行 安 全 乱 流 飞 机 飞 入 对 流 性 云 区 ， 如 积 云 、 积 雨 云 、 层 积 云 ，由 于 空 气 发 生 上 下 对 流 垂 直 运 动 ， 使 机 身 起 伏 不 定 ， 会 使 乘客 感

10、 觉 不 舒 服 、 晕 机 呕 吐 、 颠 伤 ， 严 重 时 导 致 飞 机 结 构 损 坏 ，造 成 飞 机 失 事 。 风 切 变 指 某 高 度 和 另 一 高 度 间 风 速 的 变 化 。 飞 行 员 在降 落 和 爬 升 阶 段 要 注 意 是 否 有 风 切 变 现 象 。下 降 时 ， 风 速 突 然 减 弱 ， 造 成 飞 机 失 速 ， 未 抵 达 机 场 跑 道 就坠 毁 ； 风 速 突 然 增 强 ， 造 成 飞 机 超 越 跑 道 降 落 ； 爬 升 时 ， 风速 突 然 减 弱 ， 飞 机 爬 升 角 度 减 小 ， 风 速 突 然 增 强 ， 爬 升 角 度增

11、 大 。 三 、 大 气 飞 行 环 境 以 气 温 变 比 为 基 础 ， 则 可 将 整 个 大 气 分 为 对 流 层 、 平 流层 （ 同 温 层 )、 中 间 层 、 电 离 层 和 散 逸 层 等 五 层 。 三 、 大 气 飞 行 环 境 对 流 层 是 接 近 地 球 表 面 的 一 层 ， 它 的 底 界 是 地 面 ， 顶界 则 随 纬 度 、 季 节 等 情 况 而 变 化 。 对 流 层 顶 的 高 度 ， 在赤 道 地 区 平 均 为 17一 18公 里 ； 在 中 纬 度 地 区 平 均 为 10一12公 里 ； 在 南 、 北 极 地 区 平 均 为 8一 9公

12、里 。 三 、 大 气 飞 行 环 境对 流 层 有 以 下 持 点 ： 1 气 温 随 高 度 升 高 而 降 低 。2 风 向 ， 风 速 经 常 变 化 。 3 空 气 上 下 对 流 激 烈 。4 有 云 、 雨 、 雾 、 雪 等 天 气 。 三 、 大 气 飞 行 环 境 平 流 层 位 于 对 流 层 顶 的 上 面 ， 其 顶 界 由 地 面 伸 展 到 35一40公 里 。 由 于 这 一 层 受 地 球 表 面 影 响 较 小 ， 所 以 气 温 基 本 上保 持 不 变 ， 大 约 为 -56.51 ， 故 又 称 同 温 层 。 平 流 层 中 ， 几乎 没 有 水 蒸

13、 气 ， 所 以 没 有 雪 、 雾 、 云 等 气 象 现 象 ;且 空 气 比 较稀 薄 ， 风 向 稳 定 ， 空 气 主 要 是 水 平 流 动 。 三 、 大 气 飞 行 环 境 中 间 层 在 平 流 层 之 上 ， 顶 端 离 地 面 大 约 80到 100公 里 ， 其特 点 是 ， 随 高 度 增 加 ， 气 温 先 增 加 ， 然 后 降 低 ， 到 55公 里 高度 附 近 ， 气 温 由 -43 -33 加 到 -31 -17 左 右 ， 随后 ， 高 度 增 加 ， 气 温 又 开 始 下 降 ， 降 到 -83 以 下 。 有 水 平 方向 的 风 ， 且 风 速

14、相 当 大 ， 在 60公 里 高 度 ， 风 速 可 达 140米 /秒 。该 层 内 空 气 非 常 稀 薄 ， 质 量 仅 占 整 个 大 气 质 量 的 1/3000。 三 、 大 气 飞 行 环 境电 离 层 位 于 中 间 层 以 上 ， 上 界 离 地 面 约 800公 里 ， 其 特 点 是 ，空 气 密 度 极 小 ， 由 于 空 气 直 接 受 到 太 阳 短 波 辐 射 高 度 升 高 ，气 温 迅 速 上 升 ， 并 且 空 气 具 有 很 大 的 导 电 性 ， 故 称 电 离 层 。由 于 温 度 较 高 。 又 称 暖 层 。 三 、 大 气 飞 行 环 境散 逸

15、 层 是 大 气 的 最 外 层 ， 它 是 地 球 大 气 的 最 外 层 ， 在 此 层 内 ，空 气 极 其 稀 薄 ， 又 远 离 地 面 ， 受 地 球 引 力 很 小 ， 因 而 大 气 分子 不 断 地 向 星 际 空 间 散 逸 ， 故 称 散 逸 层 。 推 算 ， 散 逸 层 离 地球 表 面 约 2000一 3000公 里 。 三 、 大 气 飞 行 环 境各种飞行器的活动范围 一 、 飞 机 的 操 纵 飞 机 的 操 纵 性 ， 就 是 指 飞 机 在 驾 驶 员 操 纵 下 ， 改 变 其 飞行 状 态 的 特 性 。 操 纵 性 的 好 坏 与 飞 机 稳 定 性

16、 的 大 小 有 密 切关 系 ， 稳 定 性 太 大 ， 也 就 是 说 飞 机 保 持 原 有 飞 行 状 态 的 能力 越 强 ， 则 要 改 变 它 也 就 越 不 容 易 ， 操 纵 起 来 也 就 越 费 劲 。若 稳 定 性 过 小 ， 则 操 纵 力 也 很 小 ， 驾 驶 员 很 难 掌 握 操 纵 的份 量 。 一 、 飞 机 的 操 纵 飞 机 的 操 纵 ， 主 要 是 通 过 3个 操 纵 面 -升 降 舵 (有 时是 全 动 平 尾 )， 方 向 舵 和 副 翼 来 实 现 的 。 这 些 操 纵 面 可 分 为主 要 的 ， 次 要 的 和 辅 助 的 三 类 。

17、 一 、 飞 机 的 操 纵 驾 驶 员 操 纵 舵 面 改 变 飞 机 飞 行 状 态 ， 应 该 和 人 体 的 自 然动 作 趋 势 一 致 。 驾 驶 员 的 常 见 操 纵 动 作 ： 二 、 飞 机 的 飞 行 过 程 飞 机 要 完 成 一 次 飞 行 任 务 要 经 过 滑 跑 起 飞 、 爬 升 、 巡 航 、 下降 、 着 陆 几 个 阶 段 。(一 ) 起 飞 ： 飞 机 起 飞 是 一 个 直 线 加 速 运 动 ， 是 飞 机 功 率 最 大和 驾 驶 员 操 作 最 繁 忙 的 时 间 。 二 、 飞 机 的 飞 行 过 程 （ 二 ） 爬 升 阶 段 ： 有 两

18、种 方 式 ， 一 种 是 按 固 定 的 角 度 持 续 爬 升 达 到 预 定 高 度 。这 样 做 的 好 处 是 节 省 时 间 ， 但 发 动 机 所 要 的 功 率 大 ， 燃 料 消 耗大 ； 另 一 种 方 式 是 阶 梯 式 爬 升 ， 飞 机 飞 行 到 一 定 的 高 度 ， 水 平飞 行 以 增 加 速 度 ， 然 后 再 爬 升 到 第 二 个 高 度 ， 经 过 几 个 阶 段 后爬 升 到 预 定 高 度 ， 由 于 飞 机 的 升 力 随 速 度 升 高 而 增 加 ， 同 时 燃油 的 消 耗 使 飞 机 的 重 量 不 断 减 轻 ， 因 而 这 种 的 爬

19、 升 最 节 约 燃 料 。（ 三 ） 巡 航 阶 段 ： 飞 机 达 到 预 定 高 度 后 ， 保 持 水 平 等 速 飞 行 状 态 ， 这 时 如 果没 有 天 气 变 化 的 影 响 ， 驾 驶 员 可 以 按 照 选 定 的 速 度 和 姿 态 稳 定飞 行 ， 飞 机 几 乎 不 需 要 操 纵 。（ 四 ） 下 降 阶 段 ： 在 降 落 前 半 小 时 或 更 短 的 飞 行 距 离 时 驾 驶 员 开 始 逐 渐 降 低高 度 ， 到 达 机 场 的 空 域 上 空 。 二 、 飞 机 的 飞 行 过 程 （ 五 ） 进 近 和 着 陆 阶 段 ： 进 近 也 叫 进 场

20、。 指 飞 机 在 机 场 上 空 由 地 面 管 制 人 员 指 挥对 准 跑 道 下 降 的 阶 段 。 飞 机 的 着 陆 同 起 飞 相 反 ， 是 一 种 直 线减 速 运 动 。 二 、 飞 机 的 飞 行 过 程 整 个 飞 行 过 程 中 ， 操 作 最 复 杂 的 是 起 飞 和 降 落阶 段 ， 据 统 计 航 空 事 故 的 68%出 现 在 这 两 个 阶 段 ，因 而 飞 机 在 设 计 上 和 驾 驶 员 的 训 练 上 这 两 个 阶 段都 是 重 点 ， 以 确 保 飞 行 安 全 。危 险 11分 钟 二 、 飞 机 的 飞 行 过 程 飞 机 起 降 飞 机

21、 性 能 可 以 定 义 为 飞 机 完 成 一 个 特 定 飞 行 任 务 的能 力 的 尺 度 ， 同 时 ， 也 可 以 认 为 是 飞 机 安 全 飞 行 的 尺 度 。飞 机 性 能 包 括 飞 机 的 设 计 性 能 和 飞 机 的 运 行 性 能 。 飞 机的 性 能 狭 义 的 来 讲 是 指 飞 机 在 飞 行 中 各 个 阶 段 起 飞 、巡 航 、 下 降 、 着 陆 时 的 运 动 性 能 ， 如 速 度 、 加 速 度 、 操纵 性 、 稳 定 性 ， 也 包 括 在 整 个 航 行 段 的 航 程 、 燃 油 效 率 、续 航 时 间 等 ， 广 义 的 性 能 对

22、 民 航 飞 机 来 说 则 包 括 飞 机 的可 靠 性 、 安 全 性 、 经 济 性 、 维 修 性 、 舒 适 性 能 等 ， 对 民航 飞 机 评 价 的 各 方 面 都 应 该 包 括 在 广 义 性 能 之 内 。 一 、 基 本 飞 行 性 能二 、 经 济 性 能三 、 安 全 性四 、 舒 适 性 飞 机 的 飞 行 性 能 最 主 要 的 是 飞 多 快 、 飞 多 高 、 飞 多 远 、 以 及有 多 重 。 所 以 我 们 重 点 介 绍 一 下 :速 度 、 升 限 、 航 程 、 续 航和 业 载 。 一 、 基 本 飞 行 性 能 (一 )飞 行 速 度 由 于

23、 目 前 的 高 亚 音 速 客 机 都 在 0.75-0.9的 范 围 中 飞 行 。速 度 的 差 异 给 航 空 公 司 收 益 上 带 来 的 差 别 并 不 太 大 ， 一 般 来说 航 空 公 司 的 主 要 着 眼 点 在 于 节 省 燃 油 ， 而 不 追 求 速 度 。 一 、 基 本 飞 行 性 能 (二 )升 限 和 飞 行 高 度 升 限 是 飞 机 在 最 大 重 量 条 件 下 能 够 上 升 的 最 大 高 度 。 飞 行 高 度 主 要 受 发 动 机 性 能 影 响 ， 飞 行 高 度 主 要 有 两 个 指 标 ，一 个 是 巡 航 高 度 ， 一 个 是

24、单 发 停 车 高 度 。 (三 )航 程 航 程 是 飞 机 加 满 油 (燃 油 和 滑 油 )起 飞 后 空 中 不 加 油 、 不着 陆 所 能 飞 行 的 最 大 距 离 。 现 代 客 机 划 分 为 近 程 、 中 程 和 远程 。 衡 量 飞 机 飞 行 距 离 的 大 小 当 然 比 较 重 要 ， 在 时 间 上 衡 量飞 机 在 空 中 能 飞 多 久 ， 则 是 “ 续 航 时 间 ” ， (又 称 久 航 力 )。它 是 指 飞 机 加 满 油 ， 空 中 不 加 油 、 不 着 陆 连 续 飞 行 的 总 时 间 。 一 、 基 本 飞 行 性 能 一 、 基 本

25、飞 行 性 能 (四 )业 载 业 务 载 荷 ， 也 称 商 载 。 指 飞 机 可 以 用 来 赚 取 利 润 的 商 业载 荷 ， 它 包 括 三 个 部 分 。 1)旅 客 ； 2)行 李 ； 3)货 物 飞 机 的 经 济 性 能 受 到 多 种 因 素 的 影 响 ， 除 去 公 司 整 体 管理 水 平 这 个 因 素 外 ， 主 要 体 现 在 以 下 几 个 方 面 ： 1、 燃 油 利 用 率 2、 维 修 性 和 可 靠 性 3、 飞 机 的 初 成 本二 、 经 济 性 能 任 何 时 候 飞 行 的 安 全 是 航 空 公 司 运 营 的 基 本 条 件 ， 各 国

26、的 飞 机 在 制 造时 都 要 经 过 主 管 当 局 的 适 航 认 定 ， 应 该 说 安 全 基 本 上 是 有 保 证 的 。 但 在 各类 飞 机 的 比 较 中 安 全 性 主 要 体 现 在 主 要 部 件 的 可 靠 性 上 ， 特 别 是 发 动 机 ，液 压 系 统 等 的 可 靠 性 上 ， 其 次 体 现 在 电 子 设 施 的 先 进 性 上 ， 近 二 十 年 来 机载 的 电 子 系 统 发 生 了 革 命 性 的 变 化 ， 其 进 展 的 主 要 方 向 是 改 善 了 飞 行 安 全 ，减 轻 了 驾 驶 员 的 负 担 ， 减 少 了 人 为 因 素 失

27、 误 的 可 能 ， 先 进 的 电 子 设 施 使 安全 性 能 提 高 。 三 、 安 全 性 操 纵 系 统 测 试 A380的 逃 生 口 主 要 体 现 在 旅 客 座 位 的 间 距 ， 机 内 噪 音 水 平 ， 环 境 的 温 度 、 压 力 控 制以 厨 房 、 厕 所 、 娱 乐 设 施 (录 象 、 广 播 )和 通 信 设 施 如 对 地 电 话 等 的 数 量 和水 平 上 ， 旅 客 占 用 空 间 是 一 个 主 要 的 指 标 ， 一 架 飞 机 中 旅 客 能 占 用 的 空 间越 多 ， 它 的 经 济 效 益 适 性 就 越 高 。 不 难 看 出 舒 适

28、 性 和 经 济 效 益 有 一 致 性 又 有 矛 盾 的 地 方 ， 增 加 舒 适 程 度会 增 加 成 本 ， 但 舒 适 性 差 会 降 低 对 旅 客 的 吸 引 力 ， 因 而 必 须 针 对 具 体 情 况做 综 合 考 虑 ， 在 短 程 高 流 量 航 线 上 可 以 降 低 舒 适 程 度 以 增 加 座 位 来 增 加 收入 ， 而 面 对 着 商 务 人 员 或 航 班 饱 和 的 市 场 ， 则 必 需 提 高 舒 适 性 才 能 在 竞 争中 获 得 市 场 份 额 。 四 、 舒 适 性 A380上 的 头 等 舱 座 位 可 拉 开 休 息 A380上 的 酒 吧