飞行原理简易手册.pdf

2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 1 VERSION 0.1 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 2 飞行原理和性能是航空的基础 我们将简单介绍飞机的基本构成及其主要系 统的工作，然后引入许多飞行原理概念，研究飞行中四个力的基础— — 空气动力 学原理，讨论飞机的稳定性和设计特点最后介绍飞行性能、重量与平衡等有关 知识 第一节 飞机结构 本节主要介绍飞机的主要组成部件及其功用、基本工作原理，最后介绍飞机 的分类 飞机的设计和形状虽然千差万别，但它们的主要部件却非常相似(图 1— 1) *飞机一般由五个部分组成：动力装置、机翼、尾翼和起落架， 它们都附着在机身上，所以机身也被看成是基本部件 图 1— 1 一、机 体 1．机身 机身是飞机的核心部件，它除了提供主要部件的安装点外，还包括驾驶舱、 客舱、行李舱、仪表和其他重要设备现代小型飞机的机身一般按结构类型分为 构架式机身和半硬壳式机身。

构架式机身所受的外力由钢管或铝管骨架承受；半 硬壳式机身由铝合金蒙皮承受主要外力，其余外力由桁条、隔框及地板等构件承 受单发飞机的发动机通常安装于机身的前部为了防止发动机失火时危及座舱 内飞行员和乘客的安全，在发动机后部与座舱之间设置有耐高温不锈钢隔板，称 为“ 防火墙” (图 1— 2) 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 3 图 1— 2 构架式和半硬壳式机身结构形式 2．机翼 机翼连接于机身两侧的中央翼接头处，横贯机身形成一个受力整体飞行中 空气流过机翼产生一种能使飞机飞起来的“ 升力” 现代飞机常采用一对机翼，称 为单翼 机翼可以安装于机身的上部、 中部或下部， 分别称为上翼、 中翼和下翼 民用机常采用下单翼或上单翼 许多上单翼飞机装有外部撑杆， 称为“ 半悬臂式” ； 部分上单翼和大多数下单翼飞机无外部撑杆，称为“ 悬臂式” (图 1— 3) 图 1— 3 半悬臂式和悬臂式机翼 机翼的平面形状也多种多样，主要有平直翼和后掠翼，小型低速飞机常采用 平直矩形翼或梯形翼 机翼一般由铝合金制成，其主要构件包括翼梁、翼肋、蒙皮和桁条。

一些飞 机的机翼内都装设有燃油箱在机翼两边后缘的外侧铰接有副翼，用来操纵飞机 横滚；后缘内侧挂接襟翼，在起飞和着陆阶段使用(图 1— 4) *金属机翼由翼梁、翼肋、桁条和蒙皮等组成翼梁承受大部分弯曲载荷， 蒙皮承受部分弯曲载荷和大部分扭转载荷，翼肋主要起维持翼型作用 图 1— 4 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 4 3．尾翼 尾翼连接于机身的尾部，一般由垂直尾翼和水平尾翼两部分组成垂直尾翼 包括垂直安定面和铰接在它后面的方向舵 水平尾翼包括水平安定面和铰接在它 后面的升降舵多数飞机在升降舵后缘铰接有一块可动翼片，称为配平调整片， 用来减小飞行中飞行员进行俯仰操纵时的感觉力(图 1— 5) *尾翼由垂直安定面和方向舵以及水平安定面和升降舵组成 某些飞机的水平尾翼为一整体操纵面，称为全动手尾 图 l— 5 有些小型低速飞机的水平尾翼是一块绕枢轴上下偏转的水平安定面， 而无升 降舵这种设计称为全动平尾为了使飞行员获得与操纵有升降舵的飞机同样的 “ 感觉” ，在全动平尾后缘装有反补偿片。

该片可随着全动平尾的偏转而自动同向 偏转，适当增大俯仰操纵感觉力，从而有效防止因俯仰操纵感觉力太轻而导致所 谓的“ 操纵过量” 同时，反补偿片还可以起配平调整片的作用 二、飞行操纵系统与操纵面 飞行操纵系统分为主操纵与辅助操纵两个部分 主操纵是指飞行员通过对主 操纵面即副翼、升降舵(或全动平尾)和方向舵的操纵来控制飞机在起飞、机动飞 行和着陆期间的姿态辅助操纵系统包括配平调整片和襟翼配平调整片用来平 衡主操纵力；襟翼用来改变机翼升力特性并减小机翼失速速度有关襟翼的内容 将在本章第二节介绍 1．副翼的操纵 左右压动驾驶杆时，通过传动机构传动机翼两边的副翼反向偏转，产生升力 差使飞机绕其纵轴滚转(图 1— 6)， 达到横滚操纵的目的 例如向左压动驾驶杆时， 右副翼向下偏而左副翼向上偏，右机翼升力增大而左机翼升力减小，飞机向左滚 转向右压动驾驶杆则飞机向右滚转 2．升降舵或全动平尾的操纵 前推或后拉驾驶杆时，通过传动机构传动升降舵(或全动平尾)向下或向上偏转， 改变水平尾翼上的升力，使飞机绕其横轴转动，即低头或抬头，达到俯仰操纵的 目的(图 1— 7) 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 5 *通过压动驾驶舱中的驾驶杆使副翼偏转。

向左压杆时左边的副翼上偏，右边的副翼下偏， 飞机向左产生坡度，这就是飞行中开始左转弯的动作如果向右压杆，其结果相反 图 1— 6 *通过驾驶杆操纵升降舵(或全动平尾)使飞机改变俯仰姿态 若向后拉驾驶杆，则飞机抬头；若向前推杆，则飞机低头 图 1— 7 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 6 3．方向舵的操纵 蹬左或右脚蹬时，通过传动机构传动方向舵向左或向右偏转，作用在垂直尾 翼上的气动力发生变化，使飞机绕其立轴转动，即向左或向右偏航方向舵一般 与副翼配合使用以达到协调转弯的目的(图 1— 8) *通过驾驶舱内的脚蹬来操纵方向舵蹬左脚蹬机头向左偏，反之机头向右偏 图 1— 8 4．配平调整片 多数飞机的升降舵后缘铰接有可操纵小翼面，称为配平调整片在飞行中， 为了使机头保持在所需姿态，飞行员就必须用力握住驾驶杆配平调整片的作用 就是减轻或消除飞行员手上的这个操纵感觉力，调整飞机姿态的平衡，如图 1— 9多数小型飞机上可以用驾驶舱内的配平手轮或摇柄来操纵调整片全动平 尾的反补偿片作为调整片时，其操纵和作用与普通配平调整片相同。

值得注意的 是，配平操纵动作的方向应与相应的主操纵方向一致例如，要想使飞机抬头， 则应向后转动配平手轮或摇柄；反之，要想使飞机低头，则应向前转动配平手轮 或摇柄某些飞机的方向舵和副翼后缘也有调整片 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 7 *通过驾驶舱中的配平操纵机构操纵调整片(或反补偿片)可以使飞机抬头或低头， 并保持调定的俯仰姿态，从而减小或消除飞行员的操纵力 图 1— 9 三、起落架系统 起落架系统的功用是在飞机起飞滑跑、着陆、滑行和停机时支撑飞机，并可 实现地面转弯、刹车和着陆减震 1．起落架 飞机一般有三个起落架， 其中两个主起落架位于重心附近的机身两侧或两机 翼根部，起主要的支撑作用，另一个起落架在机头或机尾若在机尾，则称为后 三点式，常见于老式飞机和少数现代小型飞机上，较适合在粗糙道面上行进；若 在机头，则称为前三点式，为大多数现代飞机所采用，并且该前轮可通过方向舵 脚蹬控制偏转，以便地面滑行时灵活转弯 起落架还可分为固定式和可收放式固定式起落架始终保持在撑开位置。

可 收放式起落架则在飞行中可收起来，以减小空气阻力，改善飞行性能在可收放 式起落架飞机的驾驶舱中有起落架收放手柄、 指示起落架位置的信号灯以及应急 放下起落架的操纵器件等，供飞行员在飞行中按需要操纵起落架收起或放下(图 1— 10) *固定式起落架始终保持在撑开位置可收放式起落架的起落架一般 沿前后方向收放，主起落架通常向内收入机翼根部或机身的主轮舱内 图 1— 10 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 8 起落架包括机轮和减震支柱减震支柱连接在机身或机翼的承力结构上，少 数为弹簧钢式，大多数为油气式，用于吸收着陆撞击、滑行和滑跑时的颠簸振动 (图 1— 11) 2．刹车 小型飞机通常采用独立刹车系统(图 1— 12)刹车装于两主轮上，由方向舵 脚蹬控制踩下脚蹬时，刹车控制筒将油液压入刹车动作筒，通过刹车活塞推动 刹车块紧贴刹车杆使主轮刹车地面停机时可通过停留刹车手柄施加停留刹车 在地面运行时，分别使用左或右刹车也可实现转弯 *有两种主要的减定支柱弹簧钢减震支柱由弹性钢板制成，它可将外力吸收后释放出去。

油气式减定支柱由内筒(活塞)、外筒构成，内以空气和油液接地时空气迅速压缩吸收 接地动能，然后缓慢释放、同时油液通过筒内隔板上的小孔产生摩擦热将能量耗散 图 1— 11 *独立液压刹车系统一般由脚蹬、刹车控制筒、刹车装置以及停留刹车等部分组成 图 1— 12 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 9 四、动力装置 在小型飞机上动力装置包括发动机和螺旋桨，如图 1— 13发动机外部由整 流罩包围，使飞机头部成流线形以减小阻力，同时整流罩还可引入外界空气去冷 却发动机汽缸发动机主要为螺旋桨提供所需动力，同时，它还带动发电机为飞 机供电，并可为一些飞行仪表提供真空源在多数单发飞机上，发动机还为飞行 员和乘客提供热源 *发动机外部装有整流罩， 一方面使机头成流线形， 另一方面将空气导入汽缸周围使之冷却 螺旋桨装在发动机前部，它将发动机的旋转力矩转换成有助于飞行的向前动力— — 拉力 图 1— 13 ·自测题· 学完本节后，应了解： 1．飞机的主要部件有哪些?它们的主要作用是什么? 2．主操纵面的位置和作用?如何操纵? 3．前三点式与后三点式起落架的差异是什么?起落架如何减震? 4．飞机刹车的使用特点是什么? 5．动力装置有什么作用?整流罩和防火墙的作用是什么? 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 10 第二节 飞行中的四个基本力 飞行中作用在飞机上的四个基本力是升力、重力、拉力和阻力。

升力是由流 过机翼上下表面的气流产生的一个向上的力，它将飞机支撑在空中重力与升力 的方向相反，它是由地球引力产生的一个向下的力拉力是驱使飞机在空中前进 的力，它的大小主要随发动机功率而变化与拉力相反的是阻力，它是一个限制 飞机速度的向后的力(图 1— 14) 用来表示作用在飞机上的力的那些箭头，通常叫矢量箭头的长度表示矢量 的大小，而箭头的方向表示矢量的方向当两个或更多的力同时作用在同一物体 上时，它们的作用结果用合力表示(图 1— 15) *在平飞中，这四个力是平衡的重力与升力大小相等，方向相反； 拉力与阻力大小相等，方向相反注意图中表示两个相反方向力的箭头长度相等， 但并不是所有箭头的长度都一样，例如升力箭头就比阻力长一些 图 1— 14 *当向某物体同时施加垂直和水平力时(如左图)，合力作用在对角线方向当施加两个 方向相反的垂直力时(如右图)，它们相互中和若这两个力大小相等，则合力为零 图 1— 15 2 0 0 5 C o p y r i g h t D O F . C N A l l R i g h t s R e s e r v e d 11 矢量的简单例子有助于以后的讨论。

现在是更深人地研究这四个力，首先从 升力开始 一、升 力 升力是。