飞机系统组成与原理_精品文档.ppt

1、航空航天技术概论,南京师范大学南京航空航天大学,郑祥明南京航空航天大学飞机设计技术研究所明故宫校区18号楼403室025-8489011913951782331Email：,航空航天技术概论,飞机系统组成机体结构动力系统机载系统,飞机机体结构,飞机结构设计的基本要求飞机机体结构的主要材料飞机机体结构组成,飞机机体设计的基本要求,气动要求重量要求使用维护要求工艺性要求,气动外形,表面质量,气动弹性发散：前掠翼的翼尖位于机翼根部之前，在气动载荷作用下，翼尖相对翼根产生的扭转变形，使翼尖的局部迎角增大，迎角增大又引起气动载荷的进一步增加。这种恶性循环的发展将使机翼结构破坏。,在满足强度、刚度和寿命的

2、条件下，结构质量尽可能轻,飞行器机体设计的基本要求,气动要求重量要求使用维护要求工艺性要求,使用、检查、维护和修理方便,飞行器机体设计的基本要求,气动要求重量要求使用维护要求工艺性要求,便于生产加工、成本低,木质材料,金属材料,复合材料,容克斯的第一架全金属客机F13（1919）,钛合金约39%复合材料约25%铝合金约16%钢约6%其它约14%,钛合金约15%复合材料约50%铝合金约20%钢约10%其它约5%,2007.11.2,飞行器机体结构的主要材料,飞机机体结构组成,机翼,机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力。同时机翼内部可以用来装置油箱和设备等；在机翼上还安装有改善起降性能

3、的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼；很多飞机的起落架和动力装置也固定在机翼上。,1983年5月1号，乔恩艾斯利,受力件与维形件完全分工并分段承受鼓荷。构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支柱等组成的空间骨架系统，它承受所有的弯矩、剪力和扭矩；其蒙皮是用亚麻布制成，只起维形作用，不参与受力。,梁式机翼,机翼的结构形式,梁式机翼的特点是布置有强有力的翼梁、较少且较弱的桁条并采用较薄的硬质蒙皮，常用金属铆接结构，为现今飞机所广泛采用。,纵向骨架：翼梁、纵墙、桁条横向骨架：翼肋,梁式机翼,机翼的结构形式,单块式机翼的特点是蒙皮较厚，桁条较多也较强，翼梁的缘条很弱，甚至没有翼梁而只有纵墙。,单块式机翼

4、,机翼的结构形式,整体壁板式机翼是将蒙皮与横向骨架、纵向骨架合并成上下两块整体壁板，然后用铆接或其他方式连接，形成一块完整机翼。,装载乘员和货物；安置各种系统设备；连接机翼和尾翼等部件；有的还固定动力装置和起落架。,机身,尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和航向的平衡，并使飞机在纵向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。,尾翼,水平尾翼：水平安定面+升降舵垂直尾翼：垂直安定面+方向舵,（纵向）,（航向）,飞机的操纵面（用于控制飞机飞行状态的舵面）,主操纵面：方向舵 升降舵 副翼辅助操纵面：襟翼、扰流片、减速板等,飞机具有三个主操纵面，即升降舵、方向舵和副翼。通过操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞

5、机的俯仰、方向和横侧姿态的控制。,主操纵面,辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：,增升装置扰流片减速板调整片,辅助操纵面,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。,辅助操纵面之襟翼,目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：,增大翼型弯度；增大机翼面积；控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。,一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力。,辅助操纵面之襟翼,扰流片闭合时，紧贴于机翼上表面；当打开使用时，扰流片向上张开而与上翼面形成

6、一定夹角。扰流板工作时，会扰乱流经机翼上表面的气流，使得气流速度降低、涡流增加，从而导致机翼上的升力下降、阻力增加。目前大型飞机的扰流片大多是安装在机翼上表面襟翼之前的可偏转小片。,辅助操纵面之扰流片,减速板是对称地布置在机身和或机翼上的阻力板，平时紧贴于机身或机翼以保持表面流畅，使用时打开以增加阻力，从而降低飞机的飞行或地面滑跑速度。,辅助操纵面之减速板,调整片的主要功用是抵消飞行中由各种原因引起的不平衡力，使飞机保持一定的飞行姿态（平飞、上升或下降）。调整片铰接在主操纵面后缘，用机械或电气方法操纵。,辅助操纵面之调整片/配平片,起落架,起落架是供飞机在起降滑跑、地面滑行、停放和移动时支持飞

7、机重量、承受相应载荷、吸收和消耗着陆时的撞击能量的装置。,起落架的主要组成部分,通常起落架由承力结构(支柱等)、带充气轮胎的机轮、减震器、刹车及转弯操纵机构、减摆器、收放机构等装置组成。,对于在雪地和冰面上起降的飞机，起落架的机轮用滑橇取代之；在水面上起降的水上飞机，起落架则用浮筒代替或直接采用按水面滑行要求设计的特殊机身。,起落架的配置型式（轮式）,后三点式起落架前三点式起落架多支柱式起落架自行车式起落架,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。常见的配置型式有：,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。

8、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。,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。,后三点式起落架,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,着陆简单且安全可靠,不易产生“跳跃”现象；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

9、大且构造复杂；高速滑跑时，前起落架会产生摆震现象；,前三点式起落架,多支柱式起落架与前三点式起落架类似，飞机的重心在主起落架之前，但不同的是其有多个主起落架支柱，一般用于重型飞机上。显然，采用多支柱、多机轮可以减小起落架对跑道的压力，增加起飞着陆的安全性。,多支柱式起落架,自行车式起落架的两个(主)主轮纵向排列在飞机重心的前后，且在两侧机翼下设置辅助轮。自行车式起落架主要用于因机翼很薄而难于收藏起落架的飞机，特别是采用上单翼轰炸机上。,自行车式起落架,缺点：前支柱承受的载荷很大，这一方面使前起落架的尺寸和重量增大，另一方面使得飞机起飞时不易抬头。为了使飞机能达到起飞迎角，需要依靠专门的措施。不

10、能通过主起落架刹车来转向。,自行车式起落架,飞机动力系统,为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置称为动力系统。它包括发动机和保证发动机正常工作的辅助系统。可以简称为发动机。航空发动机是将航空燃料中所含的化学能量转变为热能、再转化成机械能的热力机械。,发动机,推进剂或燃料系统,保证发动机正常工作的其他附属系统,航空发动机的性能对飞机的性能影响很大。评定航空发动机品质的主要指标有：,性能参数推重比、耗油率等可靠性耐久性,航空航天发动机的分类,活塞式航空发动机一般以汽油或者煤油为燃料，带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力为飞机提供动力。,所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。,活塞式

11、航空发动机,螺旋桨产生升力原理图,活塞式航空发动机的主要构件,气缸活塞连杆曲轴进、排气活门,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。,活塞式航空发动机的工作原理,绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程组成的，称为四冲程发动机。即活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。,进气 压缩 膨胀 排气,活塞式发动机的优点,经济性较好：耗油率低，单位功率的售价低；燃烧较完全，所以对环境的污染相对较小；噪音较小。,活塞式发动机的缺点,发动机

12、功率小；重量大；外形阻力大；螺旋桨高速旋转时效率低。,农5,旅行者,活塞式发动机的应用,航空燃气涡轮发动机有四种基本类型，即涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。在这些发动机中都有压气机、燃烧室和燃气涡轮，因此统称为燃气涡轮发动机。,燃气涡轮发动机,航空燃气涡轮发动机仍属于热机的一种，因此从产生输出能量的原理上讲，燃气涡轮发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段。,燃气涡轮发动机,整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证在各种工作状态下都能供给发动机所需的空气量；,降低高速气流的速度，将动能转变为压力势能。,根据飞机的飞行速度的不同，进气道可

13、分为：,基本结构之进气道,“海鹞”:196千克/秒 飞豹:292千克/秒 F15:2121千克/秒；,燃气涡轮发动机,基本结构之进气道,燃气涡轮发动机,由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成。燃气发生器用于提供高压、高温的燃气。燃气发生器又称发动机的核心机。,基本结构之燃气发生器,燃气涡轮发动机,拉瓦尔喷管矢量喷管,基本结构之尾喷管,燃气涡轮发动机,推力矢量技术:发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能，对飞机的飞行进行实时控制的技术。,由燃气涡轮出来的燃气仍具有一定能量，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。利用这股燃气能量的方式不同，

14、就相应地产生了不同类型的燃气涡轮发动机。,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,分类,燃气涡轮发动机,涡轮喷气发动机的燃气发生器后面直接布置了一个尾喷管，燃气在尾喷管中膨胀加速，以高速由喷管排出，产生推力。,涡轮喷气发动机,1942年7月27日,Su-25,-27,涡喷发动机的应用,由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力的燃气涡轮发动机。涡轮风扇发动机由风扇、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。,涡轮风扇发动机,涡轮风扇发动机具有耗油率低、起飞推力大、推重比高、噪音低的优点。因此，目前高涵道比、大推力的涡轮风扇发动机广泛应用

15、于大型运输机上。,Boeing 737,A319,此外，加力式涡轮风扇发动机由于具有低速时油耗较低，开加力时推重比大的特点，目前已在新一代歼击机上得到广泛应用。,涡轮螺旋桨发动机的燃气能量绝大部分在动力涡轮中膨胀做功，动力涡轮通过减速装置降低转速后再驱动螺旋桨，燃气中剩下的很少部分能量在尾喷管中膨胀，产生一小部分推力。,涡轮螺旋桨发动机,涡轮螺旋桨发动机由于有直径较大的螺旋桨，所以飞行速度受到限制，一般用于M=0.50.7的飞机上。但是，由于它的排气能量损失少，推进效率高，所以耗油率低。本世纪50年代研制的运输机上采用这种发动机的较多，目前其仍是支线旅客机的主要动力。,运7,运8,涡轮轴发动机

16、是直升机的动力，其工作原理和结构基本与涡轮螺旋桨发动机相同。不同的是其燃气发生器排出的燃气能量几乎全部在动力涡轮中膨胀，由喷管排出时，气流速度很低；另外，其输出轴转速较高，有的涡轮轴发动机由动力涡轮直接输出轴功率，有的则装有减速较小的减速器。,涡轮轴发动机,直11,米28,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,脉动式喷气发动机,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。,冲压式喷气发动机,2004年3月27日，M=7，11月17日，M=9.8,X-51驭波者,为了完成飞行任务而安装的各种设备的总称，主要包括：,状态参数的测量与显示设备飞行控制系统其他机载设备(导航、通讯、雷达、电气）,飞机机载设备系统,飞行器导航原理,引导飞机、船舶、车辆以及个人（总称作运载体）安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的技术手段。(广义）,导航的基本功能：我现在在哪里？我要去哪里？如何去？,GP