飞行员必知飞行物理常识

时间：2022-11-15 11:04:53 航空培训我要投稿

飞行员必知飞行物理常识

　　飞行等级是评价飞行人员训练水平和遂行任务能力的重要标志，是激发飞行员训练动力的重要手段。下面是小编整理的飞行员必知飞行物理常识，欢迎阅读与收藏。

飞行员必知飞行物理常识

　　飞行员必知飞行物理常识 1

　　推力

　　产生推力是飞机引擎工作的基本目的。这个力使飞机能够克服惯性(阻止物体改变运动状态趋势的性质)。推力使飞机向前运动，然后使机翼产生升力。飞机的推力/重量比是飞机的普通度量标准，即飞机的最大推力与飞机的总重量之比。推力/重量比大于1表示飞机可以克服重力。

　　推力/重量比大于1：1表明飞机可以克服地球引力，而竖直向上飞行的F-15E双涡轮喷气引擎(PW-200型引擎)每个可产生23450磅的推力。

　　引擎产生的推力驱动飞机向前运动，使得空气在机翼上下表面运动，从而产生压力，将机翼向上推。推力也可改变飞机的速度。

　　上升

　　当机翼在空气中运动，并将空气上下一分为二时，飞机就会升起来。一半空气流过机翼上部，另一半空气从机翼下部通过。流过机翼附近的空气在碰撞点被一分为二(见下图)，并分别从机翼上下外表面流过。

　　机翼上表面的弯曲度比较大，因此机翼上表面比下表面长(参见图)，流过机翼上表面的空气的表面面积要比流过下表面的面积大。从机翼上部流过的空气行程长，因此它的流动速度比从机翼下部流过的气流要快。机翼上表面上的较快的气流对机翼上部的压力要比下表面上的气流对机翼下表面的压力要小，这样就产生了压力差，即机翼上表面与下表面之间的压力不平衡，这个压力将机翼向上报，使得飞机上升。

　　攻角

　　机翼产生的升力大小随机翼碰撞空气的角度变化而变化，这个角称为攻角(AoA角)，不要将攻角与空间方位角或机头与水平的倾角相混淆。F15战机的攻角以单位数度量，而空间方位角以度数度量。

　　攻角大小不是一成不变，而随具体情况变化而变化。有时攻角保持14个单位，可使飞机的巡航范围最大，在转弯时主要关注能量的节省，16-22个单位有是最佳的。加速时最好选择8-10个单位攻角。如果攻角太大，座舱中音频声音会响起来，警告你失速即将发生。观察平视显示器左侧指示航速正下方的符号和数字来检查攻角大小，它是以单位表示的飞机的攻角。“主平视显示器中的符号”。

　　阻力

　　阻力是阻止飞机沿飞行方向运动的力。任何一个物体在流体(空气也是一种流体)中运动都会要产生摩擦力。在飞机向前运动，空气对机翼摩擦时，以及空气推向飞机表面引起压力积聚时，都会产生阻力。

　　产生的阻力是升力向后的分力。机翼产生的升力越大，阻力也就越大。在飞机的速度达到1马赫时，声波阻力也会产生。机翼前部产生的压力比后部大，这样就产生了向后的阻力。寄生阻力包括风力和各种非升力引起的阻力。

　　不管碰到哪些阻力，飞机的综合飞行特性决定于升力系数和阻力系数叠加。不同的攻角产生不同的升力和阻力。每一架飞机都有一个理想的攻角、推力和阻力组合，在不同航速下，产生的阻力种类也不同。

　　航速

　　飞机在大气中飞行时，空气从飞机表面上流过，气流将产生压力。在较高的高空上，空气比较稀薄，从飞机表面上流过的空气较少。通过测量气流的压力，F-15上的皮托管与计算机连机可计算航速。

　　由于大气的密度不同，计算出的在某一高度上以不变推力和攻角飞行的飞机的航速同另一架以相同椎力和攻角在不同高度上飞行的飞机航速有差别。因此，飞机有指示航速(根据当前空气密度和高度计算出的视航速)和实际航速(根据空气密度和高度变化修正的航速)。

　　例如，假设你在一架实际航速为350节在5000英尺高度上飞行的飞机中，第二架飞机以同样的实际航速在30000英尺高度上飞行。由于第二架飞机在更高的高度上(空气比较稀薄)飞行，两架飞机上的皮托管测出的指示航速不同。上面那架飞机测出的指示航速比下面那架飞机要小。如果你和另一个飞行员都想同时到达某一个地方，你们二人需要一个与高度无关而能够比较的'读数，这个修正过的读数就是实际航速。

　　通过实际航速的比较，你和另一个飞行员可计算出，一架飞机飞行是否比另一架快。尽管指示航速不同，如果实际航速相同，那么你们可以同时到达目的地。

　　攻角和航速

　　虽然推力是决定航速的动力，但攻角对航速影响也很大。如果你想在某一标高上飞行，重要的要记住，通过调节油门来改变攻角，使飞机飞行高度固定。低速时(即起飞或降落时)，攻角对航速影响最明显。

　　通常先用飞行摇杆选择攻角，再调节油门，一直到飞起来(在游戏中，当前指示航速以指示航速节(KIAS)或以节为单位的指示航速显示在平视显示器中，以及飞行状态指示页面的多用途显示器中)。

　　高度

　　飞机升空后，飞机到达某一高度。象表示航速一样，高度也有几种表示方法。

　　指示高度(气压表测出的高度)和雷达高度是游戏中最重要的两种高度度量方法。在前上方控制器中，你可让雷达高度显示或不显示。

　　气压计高度给出了海拔高度(ASL)。雷达高度指示距飞行地面的高度(AGL)。高度增高，由于大气压低，引擎工作效率降低。随高度升高，大气变得稀薄。飞机的临界高度是飞机能够保持引擎正常功率飞行的高度。飞机以正常的效率飞行受到高度限制。在25000英尺高度上，飞机喷气引擎的功率只有海平面的一半。

　　G力

　　升力和飞机重量关系可以用“G”术语来叙述。1G等于在海平面上某一物体的重力。在海平面上飞行的飞机受到地球吸引的1G力的作用。

　　在快速转弯或突然加速时，最容易感到G力，它可以是正的9也可以是负的。在转弯将你推向椅子时，G力是正值，而拉作用时，G力是负值。在高G表演中，你的心脏应该工作得快些，将血压向远离拉的方向。

　　经很好训练的飞行员在有限时时间内约可承受9-10G的正G力，除可能引起隧道幻觉或头晕外，没有别的感觉。血向躯干下部和腿部集中，而不向脑部集中。视觉开始发生“视灰”，最后发生“视黑”。在飞机被拉起很大的负G力时，会产生类似的所谓的“视红”条件，即血集中到躯干的上部，眼部血管膨胀，这将引起你的视野变红。通常，在以3G或3G以上加速度飞行几秒钟后就会发生以上现象。

　　F15E StrikeEagle具有比一般飞行员能承的G力要大得多的高级飞机外壳。在游戏中准确地模拟了“视红”和“视黑”效果。因此，你应该借助于平视显示器注意当前的G值水平。如果你超过可用的G值极限，那么音频警告就会响起来。

　　飞行包线

　　飞机升空是飞机的航速、高度和攻角作用的结果。这三个因素共同使飞机飞行，在谈论飞机做机动动作时，也应该同时考虑这三个因素。用飞机。的飞行包线图来描述它的极限。F15 StrikeEagle的飞行包线如图所示。

　　竖轴为飞行高度，水平轴为以马赫数表示的航速。图中画出的曲线是1G时的包线极限范围。它是F-15E战机操作极限的简单描述。当武器装备不同时，由于飞机的重量和阻力不同，飞行包线也有所变化。

　　绝对极限

　　攻角。攻角是飞行包线中最重要的考虑因素之一。无论飞机有什么样的高度、负载和航速，但攻角是一个极限因素。通常，F15E战机安全飞行的攻角极限是30个单位。最大升力对应的攻角是17个单位。如果攻角太陡，即倾角太大，座舱中900赫兹的声音会响起来。

　　在飞行包线中，上升的实线表示亚声速航速时可用最大升力。在曲线的上部，飞机会产生抖动和其它气流的扰动。

　　在游戏中，当前攻角读数在乎视显示器左侧指示航速正下方显示出来。

　　航速。曲线右部分表示了在不同高度下F-15E战机的最大航速。高度越高，由于空气稀薄，产生的阻力小，所以航速越高。超过包线航速边缘，飞机可能发生结构损坏。

　　F15E战机的航速极限约为800节，马赫极限为2.5。随着武器和燃料装载量的不同，这个极限值稍有变化。

　　马赫数。曲线右上部位表示最大马赫速度极限。值得注意的是，飞机在图形右部阴影区域中只能飞行有限的时间。飞机在长于这个时间极限内仍保持2.5马赫航速飞行，就会引起结构过热。

　　推力。曲线平顶部分表示飞机在某一水平飞行航线上最大推力所能获得的最大航速。在爬高时会降低航速，如果攻角太大，飞机的高度又要损失，又问到飞行包线中。

　　G力。飞机能经受几个G力作用几十秒钟，虽然，部分与装载的武器和燃料量多少有关。该实例中的包线是1G力给出的飞行包线。如果经受更大的G力作用，包线形状会变化。飞机可经受的最大G值和当前G值读数均显示在平视显示器中。

　　飞行员必知飞行物理常识 2

　　1、机翼的侧剖面是一个上缘向上拱起，下缘基本平直的形状。所以气流吹过机翼上下表面而且要同时从机翼前端到达后端，从上缘经过的气流速度就要比下缘的快。根据伯努利方程：同样是流过某个表面的流体，速度快的对这个表面产生的压强要小。因此就得出机翼上表面大气压强比下表面的要小的结论，这样子就产生了升力，升力达到一定程度飞机就可以离地而起。

　　2、喷气式飞机向后方喷出气体，给气体向后的推力，同时气体给飞机向前的推力，提供飞机飞行的动力

　　3、伯努利原理。即物体表面的流体压强和流速相关，一定范围内流速越快压强越小，所以一般机翼、旋翼和螺旋桨的上和前表面弧度较大，让空气的流过路径更长以获得升力和推力；

　　4、作用力和反作用力原理，作用力=反作用力。所以飞机对空气或喷气施加一定的力获得反作用力，即升力和推力。

　　飞行员必知飞行物理常识 3

　　一、升力的产生

　　从流线谱可以看出：空气流到机翼前缘，分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，而在机翼后缘重新汇合向后流去。在机翼上表面，由于比较凸出，流管变细，说明流速加快，压力降低。在机翼下表面，气流受到阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。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。

　　机翼升力的着力点，即升力作用线和翼弦的交点，叫压力中心。

　　机翼各部位升力的大小是不同的，要想了解机翼各个部位升力的大小，就需知道机翼表面压力分布的情形。

　　机翼表面压力的颁可通过实验来测定。凡是比大气压力低的叫吸力（负压力），凡是比大气压力高的叫压力（正压力）。机翼表面各点的吸力和正压力都可用向量表示。向量的长短表示吸力或正压力的大小。向量的方向同机翼表面垂直，箭头方向朝外，表示吸力；箭头指向机翼表面，表示正压力。将各个向量的外端用平滑的曲线连接起来。压力最低（即吸力最大）的一点，叫最低压力点。在前缘附近，流速为零，压力最高的一点，叫驻点。

　　机翼压力分布并不是一成不变的。如果机翼在相对气流中的关系位置改变了，流线谱就会改变，机翼的压力分布也就随之而变。

　　机翼升力的产生主要是靠上表面吸力的作用，而不是主要靠下表面的压力高于大气压的情况下，由上表面吸力所形成的升力，一般占总升力的60%到80%左右，而下表面的正压力所形成的升力只不过占总升力的20%到40%左右。如果下表面的压力低于大气压力产生向下的吸力，则机翼总升力就等于上表面吸力减去下表面的吸力。在此情况下，机翼升力就完全由上表面吸力所形成。

　　二、阻力的产生

　　阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，起着阻碍飞机前进的作用，按其产生的原因可分为摩擦，产生一个阻止飞机前进的力。这个力就是摩擦阻力。

　　摩擦阻力是在“附面层”（或叫边界层）内产生的。所谓附面层，就是指，空气流过飞机时，贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。附面层是怎样形成的呢？原来是，当有粘性的空气流过飞机时，紧贴飞机表面的一层空气，与飞机表面发生粘性摩擦，这一层空气完全粘附在飞机表面上，气流速度降低为零。紧靠这静止空气层的外面第二气流层，因受这静止空气层粘性摩擦的作用，气流速度也要降低，但这种作用要弱些，因此气流速度不会降低为零。再往外，第三气流层又要受第二气流层粘性摩擦的作用，气流速度也要降低，但这种作用更弱些，因此气流速度降低就更少些。这样，沿垂直于飞机表面的方向，从飞机表面向外，由于粘性摩擦作用的减弱，气流速度就一层一层的逐渐增大，到附面层边界，就和主流速度相等了。这层气流速度由零逐渐增大到主流速度的空气层，就是附面层。附面层内，气流速度之所以越贴近飞机表面越慢，这必然是由于这些流动空气受到了飞机表面给它的向前的作用力的作用的结果。根据作用和反作用定律，这些被减慢的空气，也必然要给飞机表面一个向后的反作用力，这就是飞机表面的摩擦阻力。

　　附面层按其性质不同，可分为层流附面层和紊流附面层。就机翼而言，一般在最大厚度以前，附面层的气流各层不相混杂而分层的流动。这部份叫层流附面层。在这之后，气流流动转变为杂乱无章，并且出现了旋涡和横向运动。这部份叫率流附面层。层流转变为紊流的那一点叫转捩点。附面层内的摩擦阻力与附面层的性质有很大关系。实验表明，紊流附面层的摩擦阻力要比层流附面层的摩擦阻力大得多。因此，尽可能在机翼上保持层流附面层，对于减小阻力是有利的。所谓层流翼型，就是这样设计的。

　　总的说来，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的表面积。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。

　　（二）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。

　　空气流过机翼时，在机翼前缘部分，受机翼阻挡，流速减慢，压力增大；在机翼后缘，由于气流分离形成涡流区，压力减小。这样，机翼前后便产生压力差，形成阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。机身、尾翼等飞机的其它部件都会产生压差阻力。

　　为什么在机翼后缘会出现气流分离呢？其根本原因是空气有粘性，空气流过机翼的过程中，在机翼表面产生了附面层。附面层中气流速度不仅要受到粘性摩擦的阻滞作用，而且还要受到附面层外主流中压力的影响。附面层中，沿垂直于机翼表面方向的压力变化很小，可认为是相等的，且等于层外主流的压力。在最低压力点之前，附面层外主流是从高压区流向低压区，沿途压力逐渐降低，即形成顺压，气流速度是不断增大的。附面层内的气流虽受粘性摩擦的阻滞作用，使之沿途不断减速，但在顺气压的推动下，其结果气流仍能加速向后流去，但在顺气压的推动下，其结果气流仍能加速向后流去，但速度增加不多。在最低压力点（E）之后情况就不一样了。主流是从低压区流向高压区，沿途压力越来越大，即形成反压，主流速度是不断减小的。附面层内的气流除了要克服粘性摩擦的阴滞作用外，还要克服反压的作用，因此气流速度迅速减小，到达某一位置，附面层底层空气就会完全停止下来，速度降低为零，空气再不能向后流动。在S点之后，附面层底层空气在反压作用下开始向前倒流。于是附面层中逆流而上的空气与顺流而下的空气相顶碰，就使附面层气流脱离机翼表面，而卷进主流。这时，就形成大量逆流和旋涡而形成气流分离现象。这些旋涡一方面在相对气流中吹离机翼，一方面又连续不断地在机翼表面产生，如此周而复始地变化着，这样就在分离点之后形成了涡流区。附面层发生分离之点（S点），叫做分离点。

　　这种旋涡运动的周期性，是引起飞机机翼、尾翼和其它部分生产振动的重要原因之一。

　　为什么机翼后缘涡流区中压力会有所减小呢？道德我们要明确，这里指的涡流区压力的大小，是和机翼前部的气流相比而言的。如果空气流过机翼上下表面不产生气流分离，则在机翼后部，上下表面气流重新汇合，流速和压力都会恢复到与机翼前部相等。这样，机翼前、后不会出现压力差而形成压差阻力。然而事实不是这样，当空气流到机翼后部会产生气流分离而形成涡流区。涡流区中，由于产生了旋涡，空气迅速转动，一部分动能因摩擦而损耗，即使流速可以恢复到与机翼前部的流速相等，而压力却恢复不到原来的大小，比机翼前部的压力要小。例如汽车开过，在车身后的灰尘之所以被吸起，就是由于车身后面涡流区内的空气压力小的缘故。

　　根据实验的结果，涡流区的压力与分离点处气流的压力，其大小相差不多。这就是说：分离点靠机翼后缘，涡流区的压力比较大；分离点离开机翼后缘越远，涡流区的压力就越小。可见，分离点在机翼表面的前后位置，可以表明压差阻力的大小。

　　总的说来，压差阻力与物体的迎风面积、形状和物体在气流中的相对位置有很大关系。迎风面积越大，压差阻力越大。象水滴那样的，前端园钝，后面尖细的流线形物体，压差阻力最小。物体相对于气流的角度越大，压差阻力越大。

　　由上面的分析可知，摩擦阻力和压差阻力都是由于空气的粘性面引起产生的阻力，如果空气没粘性，那么上面两种阻力都将不会存在。

　　（三）诱导阻力

　　机翼上除了产生摩擦阻力和压差阻力以外，由于升力的产生，还要产生一种附加的阻力。这种由于产生升力而诱导出来的附加阻力称为诱导阻力。可以说，诱导阻力是为产生升力而付出的一种“代价”。

　　诱导阻力是怎样产生的呢？

　　当机翼产生升力时，机翼下表面的压力比上表面的大，而机翼翼展长度又是有限的，所以下翼面的高压气流会绕过两端翼尖，力图向上翼面的低压区流去。当气流绕过翼尖时，在翼尖部份形成旋涡，这种旋涡的不断产生而又不断地向后流去即形成了所谓翼尖涡流。

　　翼尖涡流使流过机翼的空气产生下洗速度，而向下倾斜形成下洗流。气流方向向下倾斜的角度，叫下洗角。

　　由翼尖涡流产生的下洗速度，在两翼尖处最大，向中心逐渐减少，在中心处最小。这是因为空气有粘性，翼尖旋涡会带动它周围的空气一起旋转，越靠内圈，旋转越快，越靠外圈，旋转越慢。因此离翼尖越远，气流下洗速度越小。

　　在是常生活中，也可观察到翼尖涡流的现象。例如大雁南飞，常排成人字或斜一字形，领队的大雁排在中间，而幼弱的小雁常排在外侧。这样使得后雁处于前雁翅梢处所产生的翼尖涡流之中。翼尖涡流中气流的放置是有规律的，靠翼尖内侧面，气流向下，靠翼尖外侧，气流是向上的即上升气流。这样后雁就处在前雁翼尖涡流的上升气流之中，有利于长途飞行。

　　从实验也可看出翼尖涡流的存在。当机翼产生正升力时，由于机翼下表面的压力比上表面的大，故空气从下翼面绕过翼尖翻到上翼面去世。因而处在两翼尖处的两个叶轮都放置起来，在左翼尖的向右放置（从机尾向机头看），在右翼尖的向左放置。升力增大，上下翼表面压力差增大，叶轮放置得更快。升力为零，上下翼面无压力差，叶轮不转动。若机翼产生负升力，则上民办面的压力比下翼面大，故两叶轮就会反转。

　　飞行中，有时从飞机翼尖的凝结云也可看到翼尖涡流。因为翼尖涡流的范围内压力很低，如果空气中所含水蒸汽黑龙江省膨胀冷却而凝结成水珠，便会看到由翼尖向后的两道白雾状的涡流索。

　　升力是和相对气流方向垂直的。既然流过机翼的空气因受机翼的作用而向下华侨，则机翼的升力也应随之向后华侨。实际升力是和洗流方向垂直的。把实际升力分解成垂直于飞行速度方向和平等于飞行速度方向的两个分力。垂直于飞行速度方向的分力，仍起着升力的作用，这就是我们经常使用的升力。平等于飞行速度方向的分力，则起着阻碍飞机前进的作用，成为一部份附加阻力。而这一部分附加阻力，是同升力的存在分不开的，因此这一部分附加阻力称为诱导阻力。

　　实践表明，诱导阻力的大小与机翼的升力和展弦比有很大关系。升力越大，诱导阻力越大。展弦比越大，诱导阻力越小。

　　（四）干扰阻力

　　实践表明，飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼等，单独放在气流中所产生的阻力的总和总是小于把它们组成一个整体时所产生的阻力。

　　所谓干扰阻力，就是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外的阻力。

　　现我们以机翼和机身为例，看干扰阻力是怎样产生的。

　　气流流过机翼和机身的连接处，在机翼和机身结合的中部，由于机翼表面和机身表面都向外凸出，流管收缩，流速迅速加快，压力很快降低。而在后部由于机翼表面和机身表面都向内弯曲，流管扩张，流速减慢，压力很快增高。这种压力的变化，就促使气流的分离点前移，并使机身和机翼结合处后部涡流区扩大，从而产生了一种额外的阻力。这一阻力是因气流的干扰而产生的，因此叫干扰阻力。

　　不但机翼和机身结合处会产生干扰阻力，而且在机身和尾翼，机翼和发动机知舱，机翼和副油箱等结合处，都可能产生。

　　为了减小干扰阻力，除了在设计飞机时要考虑飞机各部分的相对位置外，在机翼与机身、机身与尾翼等结合部，可安装整流包皮。这样可使连接处较为圆滑，流管不致过分扩张，而产生气流分离。

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