飞机的起源

机器的起源:

热气球;

1783年,蒙哥马利兄弟用纸衬里和麻布制作了一个直径约30.5米的气囊,并在阿农市场进行了漂浮表演。气球上升到1830米的高度,漂浮了2300米。这一成功给世界带来了巨大的启发和想象,以极大的热情飞上天空的人们投身其中,一股热气球热在欧洲各地兴起。

二、航空科学之父:乔治·凯利

但是,热气球基本没有动力。它之所以能飞,主要是在气球下加热。应用空气加热增加体积,降低密度,减轻重量的原理让气球飞起来~

所以乔治·凯利将他的研究集中在发展动力飞机上。

首先,凯利提出了固定翼飞机的设计理念。他在《关于空中飞行》一书中,阐述了比空气重的飞行器的飞行原理,系统论述了现代飞行器的概念。受这本书的影响,很多人开始投入研发比空气重的飞行器,因此凯利被称为“航空科学之父”。

三、滑翔翼之父:奥托·李林塔尔

奥托的动力飞行基本都是模仿鸟类的翅膀,挺奇怪的。它的基本思路是用压缩二氧化碳驱动两马力左右的发动机,使机翼上下摆动,但试飞并没有想象中顺利,因为压缩二氧化碳只能维持很短的时间,发动机停止转动一段时间,机翼也只是拍几下。而且重量翻倍,落地速度更快,危险程度也相应增加。所以在1896,奥托推出了机翼面积为20平方米的2号机,事故发生在试飞前。因为是意外,亲戚朋友特意在奥托的墓碑上刻了“牺牲是必然的”,这是奥托生前的口头禅。

第四,第一架飞机(航海家一号)是莱特兄弟制造的。

1903 12 17在北卡罗莱纳州的霍克海滩,“旅行者1号”像一只巨大的白色小鸟一样高高耸立,看起来非常轻盈。它的机身骨架和机翼是用轻而坚固的杉木制成的,它的螺旋桨也是用杉木制成的。弯曲的翅膀上覆盖着薄而结实的棉布。这架飞机的长度是

这一天,旅行者1号飞了四次。第一次试飞是由我的兄弟奥维尔·莱特驾驶的。飞机在空中交错了12秒,在距离地面36米处降落。后来,世界公认的第一次自由飞行是我哥哥维尔伯·莱特驾驶的第四次飞行。飞机在59秒内飞了260米。这个航班是空白的。但这是一个伟大的成就:这是人类历史上第一次成功的动力驱动、载人、持续、稳定和机动的比空气重的飞机。这次成功的飞行具有重大的历史意义,为人类征服天空翻开了新的一页,标志着航空飞行器时代的到来。

莱特兄弟完成了人类第一次飞机飞行。从那时起,世界各国都投资于飞机开发和研究。1952年有了英国的彗星喷气式飞机,1970年美国推出了巨无霸喷气式飞机,1976年英法合作完成了协和式超音速飞机。

以协和式飞机为例,飞行速度是旅行者一号的40倍左右,巨型喷气式飞机的重量是旅行者一号的1000多倍!

正是因为飞机的飞速进步,今天我们才能乘坐飞机环游世界!

旅行者1号模型

根据设计图纸,复制了一个比例为1/2的相同平面。

飞行原理:

在空中飞行,我们需要考虑的无非是空军的问题。要造一架空军优势的飞机,必须考虑四个基本要素:重量、升力、阻力和推力。

说起重量,除了车身的重量,燃料还包括货物的载重。

升力是飞机超过重量的力量。

阻力是各种气流交织将飞机引向后方的力量。

推力是克服阻力推动飞机在空中前进的力。

鸟类和飞机的升力主要是由流过翼面的气流引起的。

航空界曾经有一句话:“只要有强大的发动机,连门板都能飞起来。”这句话虽然有点夸张,但也并非不切实际,因为只要给螺旋桨以强劲的马力,任何笨拙的翅膀都可以被拉起飞起来。但是在空中飞行更有效率的方法是调整身体的形状。换句话说,就是要最大化升力,最小化阻力。

飞机在前进时,机翼上方的气流低于机翼下方的气流,也就是说,飞行中的飞机是空气中气流插入的异物,促使气流将飞机向上推。

升力由各种因素决定。

其中之一是机翼的面积。气流吹动的面积越大,升力越大。第二个因素是速度,气流通过机翼的速度越快,上下部分的压力差就越大。第三个因素是迎角,即机翼相对于气流的倾角在一定的边界内,使得机翼上方气流路径变长,速度增加,速度与机翼下部的差值增大,升力也增大,所以迎角。

随着升力的作用和飞机的前进,产生了所谓的阻力。阻力主要有三种,即摩擦阻力、形状阻力和诱导阻力。前两者是因为飞机在空中穿行,可以通过航空科学的进步和机身流线的调整来降低。我们可以想象一个方盒子和一个球在空气中的阻力有多大的区别。诱导阻力是机翼产生的升力的副产品。可以说,这是电梯不可避免的代价。因为升力是由压差引起的,但同时也发生了吹落或伴流。这主要是在翼尖造成的。当飞机前进时,翼尖会产生螺旋尾翼,将飞机拉回。这叫做诱导阻力。

一个翅膀不可能是无限的,它必须有一个终点。现在我们知道翼端是很多问题的根源。由于几何形状的原因,机翼前缘的气流不仅向后,而且向外流动,使得翼端的气流更加复杂。

所以降低诱导阻力的方法有很多种,常见的有:

1:把翼端做成弧形,尽力而为。

2.向上塑造下翼面,希望漩涡尽可能远离翼端。

3.用油箱或电子战设备安装翼端,顺便隔离气流,防止其翻起。

小翼:目前大部分小翼向上延伸,但也有向下延伸的。真机的小翼很明显,在飞行过程中可以看得很清楚。相信很多坐过波音747-400小翼的人都注意到了,小翼不仅可以隔离翼尖上下的空气,减少诱导阻力,还可以提供一些向前的分量,以节省一点由于安装角度带来的马力。

除了这三种阻力,其实还有另外一种阻力,不过这种情况只会在飞机超音速飞行时才会出现。

在飞机能够飞上天空之后,飞机的飞行时间是我们接下来需要考虑的一个重要因素,而展弦比是飞机能够长时间飞行的一个重要因素,因为如果滑翔机具有非常高的展弦比,那么即使不乘坐上升气流,它仍然能够滑翔很长时间。

所谓展弦比,就是机翼长度与机翼弦长的比值。一般来说,展弦比越大,机翼就会越细长。通过机翼的展弦比,我们可以知道飞机在装载一定燃料的情况下能飞多远。

当然,飞机最重要的部分是机翼。飞机可以完全靠机翼的浮力在空中飞行,机翼的截面叫做翼型。为了满足各种需求,航空前辈们开发了各种翼型,从适合超音速飞机的到适合手抛滑翔机的。比如机翼各部分的名称,比如100年,已经有相当多的单位和个人进行了系统的研究。然而,有这么多类型的机翼,他们通常被称为机翼在飞机工业。

1,全对称机翼:上下弧线外凸对称。

2.半对称机翼:上下弧形凸起但不对称。

3.克拉克Y翼:下弧是一条直线,但实际上应该叫平凸翼。还有很多其他的平凸翼型,但克拉克Y翼是最有名的,所以这种翼型被称为克拉克Y翼,但要注意的是,克拉克Y翼也有好几种。

4.S形翼:中间弧形为扁平的S形翼。当攻角变化时,该类型机翼的压力中心相对恒定,常用于无尾飞机。

5.凹翼:向下的弧线在弦线上,升力系数大,常见于早期的飞机和牵引滑翔机。除了蜂鸟,所有的鸟都是这种类型。

6.其他特殊翼型。

以上分类只是粗略的分类。观察一个翼型,最重要的是找出它的中线,然后看中线两侧的厚度分布。中线的弯曲方式决定了翼型的特性,弧线弯曲越多,升力系数越大,但一般来说,用眼睛看是很不靠谱的。克拉克Y翼的中线比很多凹翼更弯曲。

在评价飞机性能时,翼载是评价飞机性能的一个重要指标。翼载是单位面积上主翼所分担的重量。模型飞机用的单位是多少克每平方英寸[g/dm2],真机的单位是多少牛顿每平方米[n/m2]。机翼载荷越大,同样面积的机翼承受的重量就越大。如果你买的是飞机套件,大部分的翼载都标在设计图上了。计算机翼载荷非常简单。以克为单位称飞机重量(不加油),然后以平方英寸为单位计算机翼面积(一般为简化计算,仍包括与机身结合的部分)。机翼载荷是通过将两部分分开得到的。比如30级训练机,重量1.700克,主翼面积30平方米。

机翼的升力随着攻角的增大而增大,攻角是弦线与气流的夹角(如图3-10)。攻角为零时,此时对称翼不产生升力,但克拉克Y翼和凹翼仍有升力,后两种翼型直到攻角为负时才产生升力。不产生升力的迎角称为零升力迎角(如图3-11),所以大家都知道迎角的增加是有上限的,超过这个上限就会失速。那机翼什么时候失速?(图3-12a)是飞机正常飞行时通过机翼的气流,(图3-12b)是飞机失速时的气流。此时上翼面产生强烈的湍流,直接结果就是阻力大增,气流冲击上翼面,升力大减。

然后我们想提前知道机翼什么时候失速,所以有必要知道雷诺数。雷诺数的原始公式是:

Re=ρ V b/μ

Re=ρ V b/μ ρ为空气密度,V为空气流速,B为弦长,μ为粘性系数。

雷诺数越大,流经翼面的边界层越早从层流边界层转捩到紊流边界层,紊流边界层不容易与翼面分离,因此不容易失速。在层流边界层转捩到湍流边界层之前,小雷诺数的机翼边界层会发生分离。一般翼型数据将表明数据是在什么雷诺数下获得的,除非另有说明,展弦比是无限的。根据翼型数据,大都会告诉你雷诺数在几度攻角的时候。雷诺数越大,越不容易失速(如图3-13)。飞机的失速角不是一个确定的值。速度越慢(雷诺数越小),越容易失速。机翼载荷越大,由于飞行时迎角越大,越容易失速。三角翼飞机的弦长很大,因为雷诺数大所以失速不容易失速。

在设计真正的飞机时,我们会尝试在失速前晃动机翼、晃动操纵杆,或者在机翼上安装气流分离警告装置,警告飞行员飞机即将失速。

飞机设计过程:

所谓飞机的设计,就是从思想的产生到实际具体的飞机,经过构思、调查分析、初步打样、绘制详细蓝图、零部件制造、设备采购、试飞等一系列的行动和工作…

一般飞机设计可分为三个阶段:

成型设计阶段

在这一阶段,应适当研究和决定飞机的总体尺寸、外形和内部布置。研究方法是通过参数比较,分析比较翼载、机翼后掠角、弦长比、厚度比以及一般机翼和尾翼的位置,选择最合适的数据和布置。

同时,对多种发动机进行了分析比较,选择了最适合飞机外形结构、能满足任务要求的发动机。操纵面的大小取决于静态稳定性和操纵的要求。

再者,在这个阶段,也要对未来的成本和制造做一个初步的分析。虽然这一阶段完成的设计一般能满足任务的需要,但仍允许在设计的进一步过程中进行适当的修正。这个阶段所有的工作都是纸上谈兵!

初步设计阶段

在成型设计阶段,根据成本或性能选择最佳的尺寸、形状和排列。风洞试验后,模型进一步调整修正,形状逐渐固定,无需修正。

此时选择飞机使用的发动机,详细研究发动机的进气道和短舱的结构等问题。如果进气道结构非常复杂,风洞试验是必要的。确定飞机或其他飞机的飞行性能,如速度、高度等。,除了飞机重量、发动机推力等因素外,最重要的因素是作用在飞机上的气动力。空气动力主要取决于飞机的外观。在设计和研制飞机时,首先是设计它的外形,这样就可以铺设作用在飞机上的气动力,计算飞行性能。但是,这项工作只能在最前端进行,而不是在飞机制造出来之后。因此,确定飞机气动力的实验设计主要是风洞。

此时主要结构的荷载、应力和挠度分析应与结构设计一起进行。还应进行气动弹性、疲劳和颤振分析,还应计划和实施一些结构部件的静力试验。

在这个阶段需要更精确的重量估算和更彻底的性能分析。同时要对制造方法、工具、模型、夹具做详细的计划和安排,动力稳定性和控制对操纵面的影响也要在这个时候决定。

详细设计阶段

此时,所有的外部形状都已决定,不做任何更改。应该做出是否生产的最终决定。详细的结构设计应在此阶段完成。所有的工具设计、制造蓝图、夹具设计、夹具接头等。也应该在这个阶段完成。内部细节,如设备安装用固定座的固定、液压管线、通风管道、控制钢丝绳和电线线管的固定等,应予以确定。

为了实用方便,实体模型可以用来辅助内部排列。根据实际工作进度,进一步可靠地估算成本。所有的装配和其他部分都已经决定了。

问题:

什么是风洞?

简而言之,风洞是用来测试一个物体的风阻、空气动力学等系数的,这个物体可以是汽车模型、飞机模型、机翼模型。

风洞实验的基本原则是相对性原则和相似性原则。根据相对性原理,飞机在静止空气中飞行的气动力与飞机静止不动,空气以相同的速度吹向相反的方向是一样的。但是飞机的迎风面积比较大,比如它机翼的翼展有几米、十几米、几十米(波音747是60米),这样大的迎风面积气流就等于飞行速度。耗电量会很惊人。根据相似原理,可以把飞机做成几何相似的小比例模型,在一定范围内气流速度也可以低于飞行速度。实验结果可用于计算实际飞行中作用在飞机上的气动力。

而且,风洞实验在航天科技发展中发挥着重要作用。莱特兄弟在1903年成功试飞动力飞机,机翼翼型设计基于风洞实验。到目前为止,飞机的研制仍然在很大程度上依赖于风洞试验,获得的数据是设计和性能验证所需要的。风洞试验的应用也从航空航天领域扩展到其他领域,如污染扩散与防治、风工程、建筑设计、环境规划等。,所以风洞试验技术有着广泛的工程应用。

飞机必须逆风起飞吗

当然不是。不管是顺风还是逆风,都能起飞。否则,当机场刮起逆风时,所有的航空公司都会停航。

只是逆风起飞有很多好处:

增加飞机的指示空速,使飞机提前达到正常起飞速度。

缩短飞机起飞所需的跑道长度,让飞机提前飞离地面。

万一飞机因为某种原因放弃在跑道上起飞,逆风会帮助飞机减速和停止。