固定翼飞机飞行原理知识

时间：2022-03-31 17:18:22 航空培训我要投稿

固定翼飞机飞行原理知识

　　到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成。那么，下面是由小编为大家提供固定翼飞机飞行原理知识，欢迎大家阅读浏览。

固定翼飞机飞行原理知识

　　一、飞行的主要组成部分及功用

　　到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成：

　　机翼——机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。

　　机身——机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。

　　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动的升降舵组成，有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和偏转，保证飞机能平稳飞行。

　　起落装置——飞机的起落架大都由减震支柱和机轮组成，作用是起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。

　　动力装置——动力装置主要用来产生拉力和推力，使飞机前进。

　　飞机上除了这五个主要部分外，根据飞机操作和执行任务的需要，还装有各种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备。

　　二、飞机的升力和阻力

　　飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在了解飞机升力和阻力的产生之前，我们还要认识空气流动的特性，即空气流动的基本规律。流动的空气就是气流，一种流体，这里我们要引用两个流体定理：连续性定理和伯努利定理

　　流体的连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。

　　连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中，不仅流速和管道切面相互联系，而且流速和压力之间也相互联系。伯努利定理就是要阐述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。

　　伯努利定理基本内容：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。

　　飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼通常产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。从上图我们可以看到：空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。这里我们就引用到了上述两个定理。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力，从而翱翔在蓝天上了。

　　机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正压力的作用，一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右，下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。

　　飞机飞行在空气中会有各种阻力，阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，它阻碍飞机的前进，这里我们也需要对它有所了解。按阻力产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力。

　　摩擦阻力——空气的物理特性之一就是粘性。当空气流过飞机表面时，由于粘性，空气同飞机表面发生摩擦，产生一个阻止飞机前进的力，这个力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，决定于空气的粘性，飞机的表面状况，以及同空气相接触的飞机表面积。空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大，摩擦阻力就越大。

　　压差阻力——人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。

　　诱导阻力——升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。其产生的过程较复杂这里就不在详诉。

　　干扰阻力——它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。

　　以上四种阻力是对低速飞机而言，至于高速飞机，除了也有这些阻力外，还会产生波阻等其他阻力。

　　三、影响升力和阻力的因素

　　升力和阻力是飞机在空气之间的相对运动中(相对气流)中产生的。影响升力和阻力的基本因素有：机翼在气流中的相对位置(迎角)、气流的速度和空气密度以及飞机本身的特点(飞机表面质量、机翼形状、机翼面积、是否使用襟翼和前缘翼缝是否张开等)。

　　迎角对升力和阻力的影响——相对气流方向与翼弦所夹的角度叫迎角。在飞行速度等其它条件相同的情况下，得到最大升力的迎角，叫做临界迎角。在小于临界迎角范围内增大迎角，升力增大：超过临界临界迎角后，再增大迎角，升力反而减小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超过临界迎角，阻力急剧增大。

　　飞行速度和空气密度对升力阻力的影响——飞行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力与飞行速度的平方成正比例，即速度增大到原来的两倍，升力和阻力增大到原来的四倍：速度增大到原来的三倍，胜利和阻力也会增大到原来的九倍。空气密度大，空气动力大，升力和阻力自然也大。空气密度增大为原来的两倍，升力和阻力也增大为原来的两倍，即升力和阻力与空气密度成正比例。

　　机翼面积，形状和表面质量对升力、阻力的影响——机翼面积大，升力大，阻力也大。升力和阻力都与机翼面积的大小成正比例。机翼形状对升力、阻力有很大影响，从机翼切面形状的相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝的位置到机翼结冰都对升力、阻力影响较大。还有飞机表面光滑与否对摩擦阻力也会有影响，飞机表面相对光滑，阻力相对也会较小，反之则大。

　　十一种常见的固定翼飞机：

　　运-5运输机

　　运-5（代号：Y-5）运输机，是中国南昌飞机制造厂（320厂）生产的轻型多用途单发双翼运输机，是按照前苏联安东诺夫设计局设计的安-2飞机的图纸资料，于1957年12月23日在中国制造成功，曾名"丰收二号"。

　　运-5的主要型别有货运型、客运型、农业型、跳伞和空中支援型、救护型等。运-5的多种改型还活跃在农业、林业和其它行业上。

　　运-5飞机是一种安全可靠、性能良好、多种用途的轻型飞机，并具有经济性好、使用维护简单、安全可靠等特点，该机不仅能低空飞行，用于农业的灭蝗杀虫、播种、施肥，森林防护灭火，地质勘察、探矿，医疗救护，民航客货运输，军队训练伞兵和跳伞运动等等，而且加装涡轮增压器后，还能够进行高空飞行，用于探测高空大气和航空测量。如果加装水上飞行设备，又能作水上飞机使用。

　　西锐SR-20

　　西锐SR-20型飞机是西锐飞机设计制造公司生产的一种小型活塞螺旋桨式的五座轻型飞机，采用下单翼设计，机身采用复合材料打造。

　　适合作为私人飞机以及初级教练机使用。

　　具有独特的整机降落伞系统（CAPS），可以在紧急情况下保障机组生命安全。于1998年取得FAA适航标准。

　　小鹰500轻型多用途飞机

　　小鹰500轻型多用途飞机由航空工业第一飞机设计研究院设计、石家庄飞机公司生产的4-5座轻型多用途飞机；凭借优越的飞行性能，被誉为"空中奔驰"，是中国第一架按照中国民航适航条例设计生产、拥有自主知识产权的轻型多用途飞机，填补了中国通用航空在改型别上的空白。

　　起飞距离短，能在机场、公路上安全起降，可广泛用于飞行训练、公务飞行、农林作业、空中救护、空中摄影、测量制图、商业运输、体育运动、旅游、环保、勘探等，其综合性能达到了国外同类飞机的先进水平。

　　海鸥300

　　"海鸥300"是中国国内首款具有自主知识产权的水陆两栖飞机，由航空工业石家庄飞机公司和航空工业特飞所联合研制，2010年8月首飞。

　　该飞机选装高性能大功率发动机，配置综合显示仪、雷达和大气数据计算机等先进航空电子设备，基本型为可载4-6名乘客的客运型，可广泛用于公务飞行、客货运输、医疗救护、航空探测、旅游观光等，还机可进行航拍、陆地物资运输和水上巡逻。

　　"海鸥300"在技术上达到欧美国家同级别水陆两栖飞机的先进水平，填补了5吨级以下水陆两栖飞机的空白，可为通用航空用户提供一种多用途、性能先进、适应性强、低成本的水陆两栖飞机。

　　塞斯纳172

　　塞斯纳-172型单发四座活塞式小型通用飞机由美国塞斯纳飞机公司研制，北约称其为"天鹰"，1956年投入生产。在塞斯纳公司的小型通用飞机系列中，172型是最早采用前三点式起落架的。

　　塞斯纳172/182系列是目前世界产量最大、用于飞机驾驶员训练最多的飞机之一。

　　塞斯纳208

　　塞斯纳208型单发涡浆式多用途轻型飞机由美国塞斯纳飞机公司研制，除可用作客、货运输外，换装专用设备后，还可用于空中灭火、空中摄影、农业喷洒、边境巡逻、跳伞、空投物资、医疗救护和监视飞行等任务。

　　塞斯纳208经历了一系列的修改，并衍生出不同的机型，由最初的型号演变出多种改型。塞斯纳208以其优良的适应能力著称，公司提供了不同的起落架安装模式，使塞斯纳208能适应不同的地形，甚至包括水上型。

　　钻石DA40

　　钻石DA40由奥地利钻石飞机公司研制。2008年山东滨州与该公司共同成立山东滨奥飞机制造有限公司，生产该型飞机。

　　DA40飞机具有滑翔性能好、安全性能高、重量轻、使用寿命长、耗油量低、起飞距离短、维护方便、经济环保等特点。可广泛用于航空训练、边防巡逻、森林防火、勘察、救援等领域，也是旅游观光、私人乘驾的理想机型。

　　钻石DA42"双子星"

　　DA42"双子星"是奥地利钻石公司在DA40的基础上研制出的一款四座双发飞机。该飞机融合了钻石系列飞机和设备技术的优势，同时又具备了自身特点。

　　作为一种教练飞机，DA42飞机操纵安全、经济适用；碳纤维合成材料的机身，坚固、安全；装载的机载电子系统，接近波音737系列等大型飞机的电子设备，是适合飞行培训教学的完美配置；航空煤油的双发发动机的动力装置，使用更加经济、安全。

　　PA-44"塞米诺"

　　PA-44是由美国派珀飞机公司制造的美式双引擎轻型飞机，该飞机由Piper PA-28单引擎飞机发展而来，是派珀飞机公司的明星机型，该机已问世20多年，技术成熟，有良好的操控性和优异性能，世界各地的飞行员对它钟爱有加。

　　同时它还是一款非常适合进行飞行培训的机型，操控简单，容易上手，受到飞行学员的追捧。

　　湾流G550

　　湾流G550公务机，由美国湾流宇航公司于2003年推出，航程为11686公里，最大巡航高度为15545米，可搭载18名乘客。

　　它是人类飞行史上首架能从纽约直达东京的国际顶级远程喷气式公务机代表机型之一。

　　达索猎鹰7X

　　达索猎鹰7X是法国达索飞机公司的旗舰机型公务机，可以承载8名乘客和4名机组人员，航程超过11000km。

　　猎鹰7X采用当今世界上喷气式商务客机中的最先进技术——近乎完美的空气动力学设计、太空时代的材料、创新的电脑系统和战斗机专家团队，7X全新定义了新时代商务机型所应具有的性能标准。

　　固定翼飞机的平飞飞行原理：

　　飞机作等速直线水平的飞行，叫平飞。平飞中作用于飞机的外力有升力、重力、拉力（或推力）和阻力。平飞时，飞机无转动，各力对重心的力矩相互平衡，且上述各力均通过飞机重心。为保持平飞，需要有足够的升力以平衡飞机的重量，为了产生这一升力所需的飞行速度，叫平飞所需速度影响平飞所需速度的因素：

　　飞机重量在其它因素都不变的条件下，飞机重量越重，为保持平飞所需的升力就越大，故平飞所需速度也越大。相反，飞机重量越轻，平飞所需速度就越小。

　　机翼面积机翼面积大，升力也大。为了获得同样大的升力以平衡飞机重量，所需平飞速度就小。反之，机翼面积小，平飞所需速度就大。

　　空气密度空气密度小，升力也小，为了获得同样大的升力以平衡飞机重量，平飞所需速度就增大。反之，空气密度大，平飞所需速度就减小，空气密度的大小是随飞行高度以及该高度的`气温气压而变化的，飞行高度升高，或在同一高度上，气温升高或气压降低，空气密度都会减小。反之增大。

　　升力系数升力系数大，平飞所需速度就小。因为，升力系数大，升力大，只需较小的速度就能获得平衡飞机重量的升力。反之，升力系数小，平飞所需速度就大。

　　而升力系数的大小又决定于飞机迎角的大小和增升装置的使用情况。迎角不同，开力系数不同，平飞所需速度也就不同。在小于临界迎角的范围内，用大迎角平飞，升力系数大，平飞所需速度就小，用小迎角平飞，升力系数小，平飞所需速度就大，即是说，平飞中每一个迎角均有一个与之对应的平飞所需速度。

　　增升装置的使用情况不同，升力系数大小也不同，平飞所需速度也将下一样。（比如放襟翼起飞，由于升力系数大，为平衡飞机重量所需的速度就小，即离地速度小，起飞滑跑距离就短）。

　　1. 最大平飞速度，在一定的高度和重量下，发动机加满油门时，飞机所能达到的稳定平飞速度，就是飞机在该高度上的最大平飞速度。平飞最大速度是理论上飞机平飞所能达到的最大速度，而并不是飞机实际的最大使用速度，由于飞机强度等限制，最大使用速度比平飞最大速度可能要小。比如三叉戟飞机，在海平面，标准大气，全收状态下，平飞最大速度为480海里/小时，而最大使用速度则规定为365海里/小时。

　　2. 平飞最小速度，是飞机作等速平飞所能保持的最小速度。如有足够的可用拉力或可用功率，那么平飞最小速度的大小受最大升力系数的限制。因为临界迎角的升力系数最大，所以与临界迎角相对应的平飞速度（失速速度），就是平飞最小速度。对飞机的要求来说，平飞最小速度越小越好，因平飞最小速度越小，飞机就可用更小的速度接地，以改善飞机的着陆性能。临界迎角对应的平飞速度，是平飞的最小理论速度。实际上当飞机接近临界迎角时，由于机翼上气流严重分离，飞机出现强烈抖动，飞机不仅易失速而且安定性、操纵性都差。所以实际上要以该速度平飞是不可能的。为保证安全，对飞行迎角的使用应留有一定的余量，不允许在临界迎角状态飞行。

　　3. 平飞有利速度就是以有利迎角保持平飞的速度。以有利速度平飞，升阻比最大平飞阻力最小，航程较远。

　　4. 经济速度就是用最小所需功率作水平飞行时的速度。用经济速度平飞所需功率最小，即所用发动机的功率最小，比较省油，航时较长。与经济速度相对应的迎角，叫经济迎角。

　　在平飞中改变速度的基本操纵方法是：要增大平飞速度，必须加大油门，并随着速度的增大而前推驾驶杆；同理，要减小平飞速度则必须收个油门，并随着速度的减小而后拉驾驶杆。也就是说，从一个平飞状态改变到另一个乎飞状态，必须同时操纵油门和驾驶杆。此外，对螺旋桨飞机正必顶要修正因加减油门而引起的螺旋桨副作用的影响。但是必须指出，上述改变平飞速度的操纵规律只有在大于经济速度的范围内才适合。

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