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09年航空航天概论总复习资料.ppt

09年航空航天概论总复习资料

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2019-06-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《09年航空航天概论总复习资料ppt》,可适用于综合领域

飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的器械。通常按照飞行环境和工作方式把飞行器分为三类:航空器:指在大气层内飞行的飞行器。航天器:指主要在大气层外空间飞行的飞行器。火箭和导弹:都属于一次性使用的飞行器可在大气层内或大气层外飞行。§飞行器分类航空器的分类按产生升力的原理分类参见书图。直升机的分类直升机可以按照平衡旋翼反扭矩的不同方式进行分类。(一)中国古代航空史(一)中国古代航空史最早的飞行器风筝是中国古代发明的距今已有两千多年的历史。大约在公元五世纪风筝传入太平洋诸岛和阿拉伯到中世纪末才传到欧洲。风筝竹蜻蜓转动的竹蜻蜓叶片把空气向下推当向上的反作用力大于竹蜻蜓的重量时竹蜻蜓就飞起来了。竹蜻蜓在世纪由我国传到欧洲是现代直升机的雏形。(一)中国古代航空史年月日两名法国人乘坐蒙哥尔费兄弟研制的热气球在巴黎上空飘行了分钟平安降落在约千米以外的地方这是人类第一次升空航行。人类乘航空器首次飞行飞艇的兴与衰飞艇的诞生年法国工程师亨利·吉法尔在长米最大直径米的橄榄形氢气球的吊舱内安装了一台千瓦的蒸汽推进的三叶螺旋桨推进装置制成了第一只可操纵气球软式飞艇。十九世纪末出现了最初的实用飞艇其中最著名的是德国的齐伯林飞艇。这是一种以汽油内燃发动机为动力的硬式飞艇。年德国用这种飞艇作为运输工具建立了第一条定期空中航线。飞艇的兴与衰最初的实用飞艇另一派则先通过无动力的滑翔机的飞行解决后一问题再在滑翔机上装上发动机使之成为可飞行的飞机。在试验滑翔机的飞行方面成绩最为显著的是德国的奥图·李林达尔。早期的飞行试验 年由莱特兄弟制成的“飞行者一号”成功飞行这是人类历史上第一架能够自由飞行并且完全可以操纵的动力飞机。飞机的诞生喷气飞机时代年月日岁的美国空军试飞员查尔斯•耶格尔上尉驾驶美国X试验研究机在米高空达到公里小时(M)的速度首次突破了音障。军用飞机F和F军用飞机米格和苏军用飞机F军用飞机JSF军用飞机F军用运输机世界上最大的运输机AN军用飞机侦察预警机军用飞机U侦察机军用飞机侦察预警机喷气飞机时代“协和”(英法)、图(苏)超音速客机问世。当前航空技术发展水平空中客车超大型客机A    机身直径(米)总机长(米)翼展(米)总机高(米)~人1961年4月12日前苏联宇航员加加林乘坐“东方”1号宇宙飞船在最大高度为301公里的轨道上绕地球一周历时1小时48分钟于上午10时55分降落在苏联境内完成了世界上首次载人宇宙飞行实现了人类进入太空的愿望。六十年代初美国宇航局提出了“阿波罗登月计划”。经过八年的艰苦努力连续发射艘不载人的阿波罗飞船之后终于在年月日发射成功载人登月的阿波罗号飞船年月前苏联成功发射了世界上第一个试验性载人空间站“礼炮”号空间站。这标志着人类的航天活动从规模小、飞行时间短的载人飞船进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。年月日美国第一架实用航天飞机哥伦比亚号从卡纳维拉尔角起飞历时小时绕地球圈后安全返回。年月日中国第一颗人造地球卫星“东方红号”从酒泉卫星发射中心升空向全世界宣布中国已进入宇宙空间。年月日时整神舟五号载人飞船发射成功将中国第一名航天员杨利伟送上太空。中国神舟号飞船年月日中国神州号飞船年月日(二)载人航天工程()嫦娥工程中国于年月日宣布正式实施绕月探测工程并命名为“嫦娥工程”。嫦娥号月球探测器采用三轴稳定方式对月定向工作。年月日嫦娥一号发射成功。月日进入环月轨道成为我国首颗探月卫星。月日传回首张月面图像。(三)我国近期重大空间计划雅克(初教):标志着我国航空工业从修理开始走向制造军用飞机的发展历程年月我国自行设计并制成“初教”型喷气教练机投入成批生产并大量装备部队。军用飞机的发展历程年我国仿制苏联米格喷气式歼击机成功并成批生产装配部队。米格(歼):我国能够成批生产喷气式飞机军用飞机的发展历程年月我国第一代超音速战斗机“歼”(米格的改进型)型喷气教练机首飞获得成功。军用飞机的发展历程年月我国自主研制的第三代战斗机歼正式解密。军用飞机的发展历程民用飞机的发展历程年我国仿照安研制的运中型运输机首飞成功。已有中改型应用广泛。年我国自行研制的大型喷气式客机运首飞成功。民用飞机的发展历程年月日我国拥有完全自主知识产权的涡扇支线客机ARJ下线。民用飞机的发展历程各国飞机的命名规则美国军用飞机命名规则: 美国军机代号一般由机种代号、设计代号、改型代号、任务变更代号、状况代号部分组成。机种代号 绝大多数取该类飞机英文单词的首字母各机种代号如下:A攻击机B轰炸机C运输机E特种电子设备携带机F战斗机H直升机K加油机O观测机P巡逻机Q无人机S反潜机SR战略侦察机T教练机U多用途机V垂直起落机X研究机Z飞船。 各国飞机的命名规则(前)苏联和俄罗斯飞机不论军用或民用其型号都由三部分组成:   第一部分为以总设计师命名的飞机设计局的其总设计师的姓氏的第一个音如下:   安东诺夫设计局设计的飞机为“安”(Аи,AN)   别里也夫设计局为“别”(Бе,BE)   伊留申设计局为“伊尔”(ИЛ,IL)   卡莫夫设计局为“卡”(Ка,KA)   拉沃契金设计局为“拉”(Ла,LA)   米里设计局为“米”(Ми,MI)   米高扬格列维奇设计局为“米格”(Миг,MIG)   米亚西舍夫设计局为“米亚”(М,M)   苏霍伊设计局为“苏”(Су,SU)   图波列夫设计局为“图”(ТуTU)   雅各福列夫设计局为“雅克”(Як,YAK)。第二部分为阿拉伯数字构成的设计序号。在苏联的飞机序号中原则上战斗机用单数其他飞机用双数。   第三部分为由俄文字母构成的改进该型记号。根据大气中温度随高度的变化大气层分为:对流层平流层中间层热层散逸层对流层的特点气温随高度增加而逐渐降低风向、风速经常变化空气上下对流激烈有云、雨、雾、雪等天气现象。平流层的特点平流层内大气只有水平运动(水平风)能见度较好喷气式旅客机大多在对流层顶至此层内飞行。流动气体的基本规律连续性方程sv=sv=sv=……=const即:sv=const当流体不可压缩时即:=const时:有:sv=const伯努利方程管道中以稳定的速度流动的流体若流体不可压缩且与外界无能量交换则沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量。伯努利方程pv=P=const流动气体的基本规律大气的物理性质马赫数马赫数的大小可以作为判断空气受到压缩程度的指标。其中v为飞机的飞行速度a为当地音速。低速、亚音速和超音速流动的区别低速流动流速增加静压减小流速减小静压增加低速、亚音速和超音速流动的区别亚音速流动vs=C流速增加静压减小流速减小静压增加低速、亚音速和超音速流动的区别超音速流动流速增加静压减小流速减小静压增加vs=C低速、亚音速和超音速流动的区别拉瓦尔喷管工作原理Ma<Ma=Ma>(一)机翼的几何形状()机翼翼型及其参数翼型:机翼的横剖面形状。翼型厚度:指上下翼面在垂直于翼弦方向的距离其中最大者成为最大厚度。中弧线:翼型厚度中点的连线。翼弦:翼型前缘点与后缘点间的连线。翼型弯度:中弧线与翼弦之间的最大距离。参见书上图(一)机翼的几何形状()机翼平面形状参数翼展:机翼翼尖两端点之间的距离也叫展长以“L”表示。根梢比:翼根弦长和翼梢弦长的比值。展弦比:展长和平均气动力弦长之比以λ表示即:λ=Lbba后掠角:机翼与机身轴线之间的夹角以χ来表示。上反角或下反角:飞机处于水平状态时机翼与水平面的夹角。机翼向上为上反角向下为下反角。()机翼平面形状参数机翼迎角:翼弦和相对来流之间的夹角。()作用在飞机上的空气动力作用在飞机上的空气动力飞机升力的产生飞机机翼的翼剖面又叫做翼型一般翼型的前端圆钝、后端尖锐上表面拱起、下表面较平呈鱼侧形。前端点叫做前缘后端点叫做后缘两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时流线分布情况如图。原来是一股气流由于机翼地插入被分成上下两股。通过机翼后在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知机翼上方的压强比机翼下方的压强小也就是说机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大这个压力差就是机翼产生的升力。升力的计算公式:对于某一种翼型通过实验可以获得升力系数与迎角的关系曲线即Cyα曲线。失速和失速迎角(临界迎角)(a)升力:增加升力的主要措施目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类:增升装置的增升原理①增大翼型弯度②增大机翼面积③控制机翼上的附面层推迟气流的不利分离。增升装置的主要作用增升装置的主要功用是在起飞降落时增加机翼的升力从而降低飞机的离地和接地速度缩短起飞和降落滑跑距离。(a)升力:常用的增升装置目前所使用的增升装置的种类主要有:增升装置的主要种类简单襟翼分裂襟翼开缝襟翼后退襟翼前缘襟翼克鲁格襟翼前缘缝翼低速飞机阻力的产生及减阻措施按阻力产生的原因飞机低速飞行时的阻力一般可分为:摩擦阻力干扰阻力诱导阻力压差阻力影响摩擦阻力的因素空气的粘性飞机表面的形状(光滑程度)同气流接触的飞机表面积的大小(浸润面积)附面层中气流的流动情况压差阻力运动着的物体前后由于压力差而形成的阻力叫做压差阻力。诱导阻力诱导阻力是翼面所独有的一种阻力它是伴随着升力的产生而产生的因此可以说它是为了产生升力而付出的一种“代价”。干扰阻力干扰阻力就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。激波当飞机以等音速或超音速飞行时在其前面也会出现由无数较强的波迭聚而成的波面这个波面就称为激波。激波特性:激波是一层受到强烈压缩的空气层。气流通过激波时压强、密度、温度突然增加而速度却大大降低。激波强度:波阻的大小与激波的强度有关即激波强度越大波阻就越大。正激波的强度总是大于斜激波的强度且激波面越倾斜激波强度就越小。局部激波和临界马赫数当飞机的飞行速度达到一定值但还未达到音速时飞机上某些部位的局部流速却已达到或超过了音速。于是在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞机的飞行速度尚未达到音速而在机体表面局部产生的激波称之为“局部激波”。局部激波飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为“临界马赫数”。临界马赫数/临界速度是亚音速飞行和跨音速飞行的分界点。临界马赫数直升机飞行原理直升机发动机直接带动旋翼旋转产生升力和推力可以垂直起飞和悬停。现代直升机大多采用涡轮轴发动机作为动力装置。单旋翼带尾桨直升机的尾桨产生的侧向力相对直升机重心产生一个扭转力矩与空气作用于旋翼而产生的扭转力矩相互平衡。旋翼机飞行原理旋翼机一般由活塞式发动机产生推拉力克服阻力使旋翼机前飞另外其发动机并不直接带动旋翼而是靠前进时的相对气流吹动旋翼转动通过旋翼的转动产生升力克服重力。旋翼机需要靠滑跑起飞不能垂直起飞和悬停。对试验模型的要求--几何相似运动相似动力相似即模型实验的雷诺数要与飞机飞行的雷诺数相等。低速风洞与模型实验要求§空气动力学试验装置直流式风洞回流式风洞§天体运动宇宙速度第一宇宙速度又称为环绕速度地面上为公里秒。第二宇宙速度又称为脱离速度。地面上为公里秒。第三宇宙速度又称为逃逸速度。地面上为公里秒。速度性能续航性能高度性能起飞着陆性能机动性能§航空器飞行性能敏捷性§飞机飞行性能(一)速度性能  最大平飞速度:飞机水平直线平衡飞行时在一定飞行距离内(一般不小于3千米)发动机推力在最大状态下飞机所能达到的最大飞行速度。  最小飞行速度:在一定高度上飞机能维持水平直线飞行的最小速度。  巡航飞行速度:发动机每公里消耗燃油量最小情况下的飞行速度。超音速巡航能力:飞机具有在发动机不开加力的情况下能在M以上做超过分钟的超音速飞行。  理论静升限:飞机能作水平直线飞行的最大高度。(二)高度性能  航程:在燃油量一定的情况下飞机以巡航速度所能飞越的最远距离。提高航程的办法:减小发动机的燃油消耗率增加飞机的最大升阻比减小飞机的结构重量安装副油箱进行空中加油(三)续航性能(四)机动性能  飞机的机动性是指飞机改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力。飞机过载定义为飞行器所受外力N与飞行器重量G之比即n=NG。过载的大小可以粗略的代表飞机机动性能的好坏。对于歼击机(战斗机)而言机动性是最重要的评价指标之一。(五)敏捷性敏捷性是飞机迅速改变速度矢量或机身指向的能力。体现飞机敏捷性的指标是机动性对时间的导数。飞机的起飞过程包括起飞滑跑和爬升两个主要阶段。起飞距离也称离陆距离由起飞滑跑距离和起飞爬升距离组成。(六)起飞着陆性能着陆性能飞机的着陆过程包括下滑、拉平、平飞减速、飘落触地和着陆滑跑等阶段。着陆距离由着陆下滑距离和着陆滑跑距离组成。(一)飞机的稳定性:飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的一个重要参数。如果飞机受到扰动之后在驾驶员不进行任何操纵的情况下能够回到受扰动前的原始状态则称飞机是稳定的反之则称飞机是不稳定的。飞机的稳定包括纵向稳定、方向稳定和侧向稳定。§飞机的稳定性和操纵性飞机的稳定性飞机绕横轴(z轴)的稳定叫纵向稳定它反映了飞机的俯仰稳定特性。飞机主要靠水平尾翼来保证纵向稳定而飞机的重心位置对飞机的纵向稳定有很大影响。飞机的稳定性当飞机受到纵向扰动后飞机的迎角改变水平尾翼所产生的附加力对重心形成恢复力矩。飞机的稳定性飞机绕立轴(y轴)的稳定叫方向稳定也叫航向稳定。飞机主要靠垂直尾翼来保证其方向稳定。飞机的侧面迎风面积、机翼后掠角、发动机短舱等对飞机的方向稳定也有一定的影响。飞机的稳定性当飞机受到方向扰动发生偏航后气流与垂直尾翼之间就有了夹角使垂直尾翼上产生附加侧向力相对于重心形成方向稳定力矩。飞机的稳定性和操纵性飞机绕纵轴(x轴)的稳定叫侧向稳定它反映了飞机的滚转稳定特性。保证飞机侧向稳定的主要因素有机翼上反角ψ、机翼后掠角χ和垂直尾翼。飞机的稳定性上反角作用当飞机受到扰动出现侧滑后由于存在上反角使左、右机翼的迎角大小不等左、右机翼所产生的附加升力也不等这两个力的差相对于重心形成恢复力矩。上反角越大飞机的侧向稳定就越好。相反下反角则起侧向不稳定作用。飞机的稳定性后掠角作用当飞机受到扰动出现侧滑后由于后掠角的存在使两侧机翼上的有效速度大小不等两侧机翼所产生的附加升力也就不等两者之差相对于重心形成恢复力矩。后掠角越大侧向稳定作用也就越强。飞机的稳定性垂尾作用垂直尾翼之所以能对飞机产生侧向稳定作用是因为当出现了侧滑以后垂直尾翼上产生的附加侧向力的作用点位于飞机重心的上方因而相对于重心也形成恢复力矩。腹鳍因位于重心(机身)的后下方则起方向稳定作用和侧向不稳定作用。飞机的稳定性可以看出飞机的侧向稳定和方向稳定是紧密联系且相互影响的因此通常合称为“横侧稳定”。飞机的侧向稳定和方向稳定必须很好匹配。如若匹配不当飞机将有可能出现“螺旋不稳定”或“荷兰滚”现象。横侧稳定飞机的操纵性飞机的操纵是指驾驶员通过飞机的操纵机构来改变飞机的飞行状态。飞机的操纵性则指的是飞机对操纵的反应特性又可以称为飞机的操纵品质。(二)飞机的操纵性:飞机的操纵性俯仰操纵使飞机绕横轴(z轴)作俯仰(纵向)运动的操纵叫俯仰操纵也称纵向操纵。通过推、拉驾驶杆使飞机的升降舵(或全动平尾)向下或向上偏转产生俯仰力矩从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。机载设备燃油箱起落架机身减速器旋翼桨毂倾斜器发动机尾桨传动装置直升机机体结构航天飞机结构及部件固体火箭助推器外挂燃料箱轨道器起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机身重心的位置。常见的布局形式有:(一)起落架的配置型式后三点式起落架前三点式起落架后三点式起落架()后三点式起落架的两个(组)主轮位于飞机重心之前且靠近重心尾轮则位于飞机的尾部。后三点式起落架主要适用于机身前部装有活塞式发动机的轻型、低速飞机上。后三点式起落架()后三点式起落架的特点:安装空间容易保证尾轮受力较小因而结构简单重量较小地面滑跑时迎角较大降落时阻力较大对着陆技术要求高容易发生“跳跃”现象大速度滑跑时不允许强烈制动地面滑跑时的方向稳定性较差驾驶员视界不佳。前三点式起落架()前三点式起落架的两个(组)主轮位于飞机重心之后前轮则位于飞机的头部。前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。前三点式起落架()前三点式起落架的特点:着陆简单且安全可靠具有良好的方向稳定性侧风着陆较安全允许强烈制动着陆滑跑距离较短驾驶员视界较好发动机喷气对跑道影响较小。前起落架受力较大且构造复杂高速滑跑时前起落架会产生摆震现象航空发动机常见的分类原则有两种:按空气是否参与发动机工作和发动机产生推进动力的原理。§推进装置的分类和特点§按是否需要空气分类见图§按产生推力原理分类见图活塞冲程当活塞在气缸中移动时它相对曲轴有两个极限位置:活塞离曲轴中心最远的位置称为上死点活塞离曲轴中心最近的位置称为下死点。上死点和下死点之间的距离称为活塞冲程。§活塞式发动机工作原理有效功率:可用于驱动螺旋桨的功率耗油率:单位是Kg(Kw*h)加速性:最小速度到最大速度的时间§活塞式发动机主要性能指标航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧室和燃气涡轮(简称涡轮)所组成。燃气涡轮燃烧室压气机压气机、燃烧室和燃气涡轮(简称涡轮)构成发动机的核心机又称燃气发生器。由燃气涡轮出来的燃气仍具有一定的能量正是这股具有能量的燃气才产生了发动机的推力或输出功率。根据燃气涡轮后面有无“动力涡轮”以及“动力涡轮”所驱动的部件不同分为以下四种类型:航空燃气涡轮发动机的分类涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机§涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机的组成:进气道压气机燃烧室涡轮尾喷管涡轮喷气式发动机中没有动力涡轮只有燃气涡轮燃气涡轮后面直接布置一个尾喷管。涡轮风扇发动机有动力涡轮它的传动轴驱动的是外径比燃气发生器大的级或几级称为风扇的叶片。流入发动机的空气在风扇中增压后一部分经燃气发生器中流过称为内涵气流另一部分经围绕燃气发生器外壳的外环中流过称为外涵气流。§涡轮风扇发动机高涵道比涡轮风扇发动机高涵道比涡轮风扇发动机适用于现代大型喷气客机。涡轮螺桨发动机涡轮轴发动机空气先经进气道扩压后速度下降、压力提高压缩后的空气与喷油咀喷出的燃油混合在燃烧室内进行等压燃烧高温高压燃气从喷管高速喷出产生推力。冲压式发动机在飞行速度很大时能够有效地产生推力静止时无法产生推力。§冲压发动机空气压入燃烧室内与燃料混合燃烧燃烧后燃烧的压力将活门关闭。燃气喷出后燃烧室内的压力小于外界大气压压差的作用将活门自动打开空气再进入燃烧室循环工作。可以自己启动。§脉动发动机火箭发动机火箭发动机和是指由飞行器自带推进剂(燃料和氧化剂)、不依赖外界空气的喷气发动机如图。评价火箭发动机性能好坏的指标主要包括以下几种:推力火箭发动机的喷气反作用力比推力火箭发动机燃烧千克质量的推进剂所产生的推力大小冲量推力对工作时间的积分其大小取决于推力大小和工作时间比冲火箭发动机燃烧千克质量的推进剂所产生的冲量大小。火箭与导弹火箭是依靠火箭发动机推进的飞行器。导弹是一种依靠自身动力通过内部或外部系统的控制把战斗部(如爆破弹头或核弹头等)送到予定地点将目标摧毁的飞行器。弹道式导弹一般使用火箭发动机。弹道式导弹是一种在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。巡航导弹是指依靠喷气式发动机的推力和弹翼的气动升力主要以巡航状态在稠密大气层内飞行的导弹。气压式高度表通过测量大气压力来间接测量高度的仪表因为在标准大气中气压与高度具有一一对应的关系。无法在飞行中时刻指示出飞机的真实高度。选定的基准面不同所测出的高度也不同。(一)飞行高度的测量空速表的功用是测量并指示飞机的飞行速度。常用的压力式速度表是通过测量气流的总压和静压来指示飞机的飞行速度。(二)飞行速度的测量当航空器上升或下降时膜盒内的空气压力(静压)随高度同步变化而膜盒外的空气由于毛细管的阻滞作用压力变化缓慢。因此膜盒内外。(二)升降速度的测量陀螺指的是一个绕其对称轴作高速自由旋转的转子。陀螺具有两个重要特性即:定轴性进动性(四)飞行姿态角的测量

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