飛機起降過程物理過程分析【優(yōu)質(zhì)課資】

飛機起降過程物理過程分析 摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，越來越多的人選擇方便快捷的飛機作為主要出行方式。中國低空領(lǐng)域的開放，將會進一步促進整個行業(yè)的大發(fā)展。人們的生活也越來越離不開飛機。飛機涉及到非常多的知識和原理。文章將對飛機的原理和相關(guān)的運行規(guī)定進行整理分析，以及理想情況下飛機降落過程的受力分析來展示飛機降落的整個過程。 關(guān)鍵詞：飛機；著陸；起飛；標準降落；受力分析 1 起飛著陸具體過程 在飛機的整個飛行中起飛著陸是最復(fù)雜、最危險的階段，在這一階段發(fā)生事故的概率最高。 當飛機得到起飛命令以后，飛行員加大飛機的油門開始滑跑，當滑跑速度達到一定數(shù)值（離地速度）時，飛行員向后拉駕駛桿使飛機的迎角增加，這樣飛機的升力就隨著滑跑速度和迎角的增加而增大。當升力增加到大于飛機的重力時，飛機便開始離開地面。以后，飛機繼續(xù)加速爬升，當飛機爬升到離地面1015米時，飛行員便開始收起落架以減小飛行阻力。當飛機爬升到安全高度以后，起飛階段就結(jié)束了。 飛機著陸過程是指飛機從安全高度以3度下降角下降，發(fā)動機慢車，飛機近似等速直線飛行。在離地6到12米時，開始將飛機拉平。飛機減速平飛，繼續(xù)增加迎角接近護尾迎角，速度繼續(xù)降低。當升力小于重力時，飛機飄落主輪接地后，保持兩點滑跑，利用空氣阻力減速到一定速度后，飛機前輪接地，三點滑跑并開始剎車直到停止。整個過程可概括為：下降、拉平、平飄、接地、滑跑。 2 升力產(chǎn)生的物理過程 空氣在機翼迎風時的流向圖。如圖1所示。 空氣在機翼上方要隨機翼的形狀走過更多的行程，于是機翼上方的流速小于機翼下方，根據(jù)氣體性質(zhì)，那么機翼上方的氣體壓強要小于機翼下方，于是形成了上下的氣壓差，飛機的升力本質(zhì)上由此產(chǎn)生。 3 起飛性能參數(shù) 提高飛機起飛時的加速度，使它盡快地達到離地速度，以縮短起飛滑跑距離。飛機起飛是一個直線加速運動，它分兩個階段，即最大功率地面滑跑階段，以及加速爬升階段。飛機起跑速度繼續(xù)增加到一定數(shù)值時，機翼的升力和重量大致相等，駕駛員拉桿向后，飛機抬起機頭，前輪離地，這個速度稱為抬前輪速度。這時飛機開始升空，起飛的第一階段滑跑完成，轉(zhuǎn)入第二階段即飛機飛到規(guī)定的高度，起飛階段結(jié)束。 從飛機滑跑開始到飛越35米高度的地面距離稱為起飛距離，起飛距離越短越好。這個距離的長短取決于發(fā)動機的推力的大小，飛機重量，與飛機外形相關(guān)的升力系數(shù)，同時也和氣象條件等有關(guān)。 起飛速度VTD 飛機主輪開始接地瞬間的速度叫接地速度，可近似表示成。 即： 上式揭示了飛機滑跑直到離地應(yīng)滿足的速度條件，式中G為飛機重力，L為飛機升力，？籽為空氣密度，S為翼面積，CLTD為升力系數(shù)。 從上式可以看出，飛機起飛的基本條件是升力等于飛機重力的力平衡。而起飛即實際離地的速度并不是恒定的，受到空氣密度，有效機翼面積，以及升力系數(shù)的綜合影響，而升力系數(shù)又和起飛的仰角等因素相關(guān)，因此，理論上飛機起飛的速度可以根據(jù)具體機型進行設(shè)計。 4 著陸性能參數(shù) 著陸滑跑距離取決于接地速度的大小和滑跑減速的快慢。著陸距離主要受到飛機進場高度、進場速度、襟翼位置、接地姿態(tài)、著陸重量、機場壓力高度與氣溫、剎車狀況、風向風速、跑道表面質(zhì)量的影響。進場高度偏高，接地點前移，著陸距離增長。進場速度大，著陸中需要消失的能量增加，延遲飛機接地，形成飄飛減速，著陸距離增長。放襟翼著陸，升力系數(shù)增加，使進近和接地速度減小；升阻比減小，阻力系數(shù)增大，減速快，所以著陸距離和著陸滑跑距離縮短。正常情況一般放大襟翼角度著陸。 要縮短著陸距離和著陸滑跑距離，應(yīng)嚴格控制好飛機在安全高度處的速度和接地速度，襟翼著陸位，盡可能向逆風和上坡著陸，滑跑中應(yīng)及時正確地使用剎車，使飛機盡快減速。 著陸速度計算。 飛機著陸速度為： 式中，vjd為接地速度（km/h）；CL，jd為接地時升力系數(shù)；K為地面效應(yīng)影響系數(shù)，一般取0.900.95。 737-800一般在40度全襟翼下接地速度為140節(jié)左右。 波音737飛機的最佳進場速度為140節(jié)左右，此時襟翼放下角度應(yīng)為30°。隨著飛行速度降低，襟翼放下角度應(yīng)逐步增加。 從上式可以看出，飛機著陸的基本條件是升力等于飛機重力的力平衡。而著陸即實際觸地的速度并不是恒定的，受到空氣密度，有效機翼面積，以及升力系數(shù)的綜合影響，而升力系數(shù)又和起飛的接近角等因素相關(guān)，飛機的重力也因為航油的消耗在觸地時達到相對最小值，因此，理論上飛機觸地的速度比起飛時要低。 5 增加升力措施 根據(jù)起降的力學條件，即滿足重力等于升力，于是提高升力可以減小起飛以及降落的速度，提高飛機的安全性，從升力公式來看，主要有兩方面的途徑可以改善升力。 5.1 提高升力系數(shù) 升力系數(shù)的提升主要從改善機身的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計著手，通過不同的機翼設(shè)計，使得氣流在機翼上下的壓強差變大，以便獲得更大的升力系數(shù)。 5.2 增大機翼面積 機翼的面積是指能夠提供升力的有效面積，在飛機起飛或觸地前后的一段時間，機翼上的附面層進行迎風角度調(diào)整，就是動態(tài)的調(diào)整了機翼的有效面積，同時對不同類型的飛機，如航母上要求短距離離艦或者艦，則要求對艦載飛機的外形或機翼進行特殊設(shè)計，飛機的結(jié)構(gòu)強度和飛機的材料也需要滿足輕量化要求，保證飛機重力的減輕，從設(shè)計上減小起飛的速度，也就保證了飛機滑跑的短距離。 參考文獻 1王云.航空航天概論Z.2009. 2徐華舫.空氣動力學Z.1979. 3余雄慶.飛機總體設(shè)計PPTZ. 4岑國平，李明鋒.機場跑道可靠性設(shè)計方法Z.2004.6作業(yè)資料#