《飞行原理》(已完结)

《飞行原理》(已完结)

飞机为什么能飞起来?飞机的工作原理是什么?你曾经是否也有过相同的疑问?让这份好奇心带着我们去了解、去学习。

参考资料:
[1] [青春云课堂]《飞行原理》_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili
[2] 飞机飞行原理3D动态图展示

注1:本帖子的内容相对基础和简单,是我个人在了解飞行原理过程中接触到的第一个视频教程,了解了一些基本的专业术语,如:升力、桨叶迎角等。

注2:更进一步的飞行原理内容,请见: 《直升机飞行原理》

一、组成部分及功能介绍

五大部分

1、机身:a. 容纳货、客、设备等;b. 连接其他部分成为一个整体。

2、机翼:a. 升力;b. 安装发动机、起落架及其轮舱、邮箱;c. 稳定性和操纵性。

3、尾翼(水平和垂直):a. 操纵俯仰和偏转;b. 稳定性。

4、起落装置:起落支撑

5、动力装置:a. 产生拉力或推力;b. 发电;c. 热气流用于空调系统;d. 防冰装置。



二、升力产生的原理

预备知识:连续性定理、伯努利定理。

空气中运动飞机的受力

重力W、拉力P、空气动力R

空气动力R = 升力L + 阻力D

前方来流被机翼分成了两个部分,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。

上下表面出现压力差。该压力差的作用能够通过 作用在弦线上的一个特殊点的空气动力简便的表示出来。这个点称为压力中心(Center of Pressure)

翼型的压力分布

矢量法表示

升力的作用点、方向、大小

压力中心(与迎角有关)



三、操纵系统

1、主操纵系统:

  • 副翼-两侧机翼后缘外侧,通过向左、向右压驾驶盘控制飞机的滚转(左滚转、右滚转);
  • 升降舵-水平尾翼后缘,通过前推、后拉驾驶杆控制飞机的俯仰(低头、抬头);
  • 方向舵-垂直尾翼后缘,通过左、右脚蹬控制飞机的偏转(左偏、右偏)。

2、辅助操纵系统:

襟翼-两侧机翼后缘内侧,通过中央控制面板上的襟翼拨片控制。(10度、20度、30度)

3、功率控制

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组成:操纵器、钢绳、滑轮、连接件、飞机外部的舵面


四、机体和重心

飞机运动状态和姿态的变化,都是力和力矩作用的结果。

1、飞机的重心

飞机的结构、部件、设备、燃油、乘客、货物等重力的合力,叫飞机的重力。飞机重力的着力点叫做飞机重心。

重心位置的表示:

MAC\%=\frac{X}{Chord}\times100\% \\

Chord 是假想的 平均空气动力弦 的弦长;X 是重心到前缘的长度。


2、飞机的平衡:

作用于飞机的外力之和为零,同时各力对重心形成的力矩之和也为零。

3、机体轴及对应的转动

机体绕横轴、纵轴、立轴 的转动分别对应了 俯仰、滚转、偏转。


五、杆力与配平

杆力 :飞行员操纵驾驶杆,要施加一定的力,这个力叫做驾驶杆力,简称杆力。包括拉杆力(抑制飞机下俯)、顶杆力(抑制飞机抬头)。

配平 :俯仰配平、横侧配平、滚转配平。

配平操纵器:又称配平轮,是位于中央控制台侧面的可以转动的圆盘。


六、螺旋桨介绍及变距

1、组成(桨叶、桨毂、变距机构)

桨叶 Blade: 桨尖、桨根、前缘、后缘;基本参数包括:直径,桨盘、桨弦、 桨叶角 \phi 入流角 \gamma 桨叶迎角 \alpha

桨叶角 Blade angle =桨弦与旋转面之间的夹角=桨叶安装在桨毂上的角度;入流角 Helix angle =入流和旋转面之间的夹角(由飞机速度+桨叶转速共同决定);桨叶迎角 Blade angle of attack = 桨弦和入流之间的夹角
浆叶角保持不变,飞行速度增大,入流角增大,桨叶迎角减小。
桨叶角保持不变,飞行速度不变,桨叶转速增大,切向速度增大,入流角减小,桨叶迎角增大。
桨尖切向速度大于桨根,为了保证整片桨叶各剖面的桨叶迎角基本相同,桨叶存在几何扭转(本质上是改变桨叶角)。

桨毂 Hub:

变距机构 Pitch device。

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2、变距

螺旋桨的变距,即改变螺旋桨的桨叶角。(定距螺旋桨、变距螺旋桨)(变高距=变大距,变低距=变小距)

  • 定距螺旋桨:螺旋桨转速与油门杆有关,没有变距杆,只有在一定的飞行速度和转速情况下,才能获得最佳的效率;
  • 变距螺旋桨:螺旋桨转速与油门杆无关,有变距杆/调速器;(后拉变距杆,桨叶角、桨叶迎角和旋转阻力增大,螺旋桨转速降低)
  • 自动变距螺旋桨:调速器通过自动调整桨叶角,克服油门、飞行速度、飞行高度对螺旋桨转速的影响,使其保持不变。

P.S. 人工变距的目的是改变转速;自动变距的目的是维持转速不变。

油门杆、变距杆、混合比杆

七、转弯中的侧滑和盘舵调节

转弯侧滑仪 的小球,希望其保持在中立位置。(飞行员需要协调进行压盘和蹬舵,以完成转弯)

侧滑角:相对气流和飞机对称面之间的夹角。


内侧滑、外侧滑

八、一发失效后飞机飞行状态的变化

以双发发动机,右侧发动机失效为例,分析:

1、滚转

2、偏转

3、下俯


九、吹气式直流风洞

实验现象:升力、阻力、方向稳定性


十、二元直流式风洞

实验现象:上表面、下表面压力差分布

编辑于 2021-06-01 13:12

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