航空飞行器飞行定义及原理

航空飞行器飞行定义及原理

一、飞行器的分类:

1.轻于空气的航空器

轻于空气的航空器包括气球和水艇。他们的升空和飞行是靠空气的浮力或静力。与船漂浮在水面上一样，都遵循阿基米德原理，即浸没在流体中的物体受到包围它的流体的一种浮力作用，其浮力的大小等于该物体所排出的同体积流体的重力。

气球由气囊和吊篮（吊舱）组成，分为热气球和氢气球（氦气球），主要用于高空探测和科学实验研究。气球没有动力装置，升空后只能随风飘动或被系留在固定位置上。

飞艇又称可操纵气球，飞行路线可以控制。它由巨大的流线艇体、装载人或物的吊舱、起稳定控制作用的安定面和操纵面以及推进装置四部分组成，主要用来运输、旅游和航空运动。

2.重于空气的航空器

重于空气的航空器是自身与空气之间的相对运动产生的升力升空飞行的。这种航空器主要有两类;固定翼航空器和旋翼航空器。前者包括飞机和滑翔机，后者包括直升机和旋翼机。

飞机是依靠由动力装置产生前进推力（或拉力）、由固定机翼产生升力，在大气层中飞行的航空器。滑翔机在飞行原

理与构造形式上与飞机基本相同，只是它没有动力装置和推进装置，一般由弹射或拖拽升空，然后靠有利热气流(位能转变动能)继续飞行。

直升机是已动力驱动的旋翼作为主要升力来源，能垂直起落的航空器。

在重于空气的航空器中，固定翼飞机和直升机是两种获得广泛应用的航空器。

二、飞机的功能和结构

1.飞机的功能

飞机按其功能可分为军用飞机、民用飞机和科研飞机三大类。在军用飞机包括歼击机（战斗机）、轰炸机（攻击机）、军用运输机、侦察机预警机、电子对抗机、反潜机、空中加油机和救护机等。军用飞机的功能主要是完成空中拦击、侦查、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输等任务。军用飞机的种类繁多，发展最迅速，新技术应用也最快。民用飞机是指非军事用途的飞机，包括商业用的旅客及和货运飞机，它们已成为一种快速、方便、舒适、安全的交通运输工具；还有以下通用航空中使用的飞机，如用于农业作业、护林造林、救灾、医疗救护、空中侦测和体育活动等。

2.飞机的结构

（1）机体

机体包括机翼、机身及尾翼部件

1.1机翼

机翼是飞机产生升力的主要部件。通常在机翼上有用于横向操纵的副翼和扰流片，机翼前后缘部分还设有各种形式的襟翼，用于增加升力和改变机翼升力的分布。

1.2尾翼

尾翼通常在飞机尾部，分为水平尾翼和垂直尾翼两部分。个别飞机的尾翼设计成V形，它兼起纵向和航向稳定，操纵的作用，称为V形尾翼。一般水平尾翼由水平安定面和升降舵组成，垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。

1.3机身

机身处于飞机的中央，它将机翼、尾翼、动力装置和起落架等部件连成一个整体，构成飞机，机身主要用于容纳人员、货物、武器和设备等。但是机身并不是飞机不可缺少的部件，早期飞机仅有一个连接各部件的构架，这样的机身在初级滑翔机或超轻型飞机上还可以见到。后来为了减少阻力，发展成为流线外形的机身，并用以容纳人员以及设备和货物等体积较大的物体。如果飞机足够大，能将人员、货物和燃油等全部装在机翼内部，则可以取消机身，成为飞翼式飞机，简称飞翼。

（2）起落架

起落架是飞机起飞，着陆滑跑和在地面（或水面）停放时支持飞机的装置，一般由承力支柱、减震器、带刹车的机轮（或滑橇）和收放机构组成。在低速飞机上用不可回收的固定式起落架以减轻重量，在支柱和机轮上有时装整流罩以减小阻力。在陆地上或舰上起落的飞机用机轮，在冰上或雪地起落的飞机用滑橇代替机轮，浮筒式水上飞机代之以浮筒。

（3）操纵系统

操纵系统包括驾驶杆、脚蹬、拉杆、摇臂或钢索和滑轮等。驾驶杆控制升降舵（或全动水平尾翼）和副翼，脚蹬控制方向舵。为了改善操纵性和稳定性，现代飞机操纵系统中还配备有各种助理系统（液压的和电动的）、稳定装置、电

传操纵系统和自动驾驶仪等。

（4）动力装置

动力装置包括产生推力的发动机和保证发动机正常工作的所需的附件和系统，期中包括发动机的启动、操纵、固定、燃油、滑油、散热、防火、灭火、进气和排气装置或系统。现代飞机上应用最多的是涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。

（5）机载设备

机载设备包括飞行仪表、通信、导航、环境控制、生命保障和能源供给等设备以及与飞机用途有关的一些机载设备，如战斗机的武器和火控系统、客机的客舱生活服务设施

等。

不同类别的航空器，其构成情况有所不同。如滑翔机，则无动力装置，对飞艇，升力是静浮力，而直升机的升力由旋翼产生，因此它们均无机翼。但总的来说，其组成情况是类似的。

三、飞机的飞行原理

1.伯努利定律

飞机是如何翱翔在天际的，首先要明白一个定理，即伯努利定理。在一个流体系统，比如气流、水流中，流速越快，流体产生的压力就越小，这就是被称为“流体力学之父”的丹尼尔·努利1738年发现的“伯努利定理”。伯努利定理的内容是：由不可压、理想流体沿流管作定常流动时的伯努利定理知，流动速度增加，流体的静压将减小；反之，流动速度减小，流体的静压将增加。但是流体的静压和动压之和，称为总压始终保持不变。伯努利定理是飞机起飞原理的根据。于是，根据伯努利定理，当飞机滑动时，机翼上侧的空气压力要小于下侧，这就使飞机产生了一个向上的升力（负压力）。当飞机滑行到一定速度时，这个升力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于是，飞机就上了天。所以可以这样说，飞机的升空不是托上天的，而是被“压”上天的。

2.升力的产生

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。

3.滑翔机的飞行原理

滑翔机是指不依靠动力装置飞行的重于空气的固定翼航空器，起飞后仅依靠空气作用于其升力面上的反作用力进行自由飞行，大多没有动力装置。可由飞机拖曳起飞，也可用绞盘车或汽车牵引起飞，还可从高坡上下滑到空中。在无风情况下，滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力；在上升气流中，滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高。

滑翔机具有与飞机显著不同的狭长机翼（即较大的机翼展弦比），机身外形细长，呈流线体。高级滑翔机的机翼展弦比可达30以上，在设计上趋向于驾驶员躺卧舱中，以便

减小机身截面积。机体表面光滑，甚至打蜡，借以提高滑翔机的升阻比，减小滑翔飞行中的下滑角。人们常用滑翔比（滑翔中前进距离与下沉高度之比）来衡量滑翔性能的优劣。由滑翔飞行的平衡关系可知，滑翔比与升阻比相等。现代高级滑翔机的升阻比最高已超过50。

有的滑翔机机翼上还装有可操纵打开的减速板，用于在必要时增加阻力，或是在着陆下滑时调整下滑角，以便在指定地点准确着陆。动力滑翔机装有小型辅助发动机，不须外力牵引即可自行起飞，当到达预定高度时关闭发动机进行基本的滑翔飞行。动力滑翔机可提高训练飞行的效率和安全性。

三、飞行状态

1.定义

对飞行状态的分析，就是把飞行状态分解为重心运动状态和绕重心状态运动状态。

例如，飞机飞机平飞，对它的飞行状态分析是:重心在一水平面上作匀速直线运动，没有绕重心的运动。通过分析就很容易确定力和力矩的相互关系，匀速直线爬升和直线滑翔的情况也是如此。再如，飞机波状飞行，对它飞行状态的分析是:重心运动轨迹向下的波浪线，速度随波浪的周期性而变化；模型绕横轴作周期性的往返运动。由此再进一步找出转动、速度、轨迹间的内在联系，波状飞行的问题就迎刃而解了。

2.飞机的各种飞行状态

四、平飞滑翔

平飞也叫平直飞行，就是水平匀速直线飞行。这种飞行状态在飞机上比较少见，只有遥控模型有时进行平飞。因为平飞是最简单、最基本的飞行姿态，是研究其它复杂飞行状态（盘旋、滑翔、爬升、特级等）的基础；也是分析模型飞机的一些主要性能（速度、留空时间和飞行距离等）的基础。