VJ0805A820JXAT飞行理论飞机重心、机体坐标和飞机在空中运动的自由度.

飞机机体以及飞机上所装载的所有设备、燃油、货物、乘员等重量之和叫做飞机的重力,用符号w表示。飞机重力的作用点叫做飞机的重心。因为,飞机机体结构和机士装载基本左右对称,所以,飞机重心在机体对称面内。飞机重心的位置常以重心在平均空气动力弦上投影至前缘距离Xw和平均空气动力弦长3A之比的百分数来表示,Xw=(Xw/3A)×I00%。

确定飞机在空中运动特性的基本方法是把飞机看作一个刚体(不考虑机体的弹性变形),全部质量都集中在飞机重心上,用飞机重心的运动轨迹代替整架飞机的运动轨迹。这样,飞机的任何一种运动都可以分解成全机随着重心的移动和绕重心的转动。

研究飞机运动时选取机体坐标ε(Xt、yt、zt)是与机体固连,随机体一起运动的坐标系。它的圆点位于机体的重心上,@Xt称为纵轴,平行于机身轴线,指向机头;跃称为立轴(竖轴),在飞机对称面内,垂直0焉轴,指向座舱上方;ozt称为横轴,垂直飞机对称面,指向右翼,如图3-I所示。

飞机机体坐标系,飞机重心移动的自由度有三个:分别是沿X1轴、跃轴和zt轴的平移;机体绕重心转动的自由度也有三个:分别是绕Xt轴的滚转、绕⒕轴的偏航和绕z1轴的腑仰(见图3-2)。

涡流发生器,空气动力加热,翼上表面翼刀

克服了“音障”飞机进人超音速飞行后,在继续提高飞行速度的前进中,遇到的另一个问题是空气动力加热问题,也就是所谓的“热障”问题。

气流流过机体时,由于空气的粘性在机体表面形成了附面层。附面层内的空气受到摩擦阻滞和压缩,速度下降,温度升高,气流的动能转变为热能,对机体表面进行加热,这就是空气动力加热。亚音速飞行时,气流具有的动能小,摩擦阻滞产生的热量少,很快在空中散掉了,机体表面温度增加不多,也就不存在f热障”问题。但当飞机在空中进行超音速飞行时,空气动力加热的问题就逐渐严重了。

如果飞机在同温层进行超音速飞行,大气的温度是一56℃,飞行马赫数跖c=2时,由于空气动力加热,机头的温度可达到100℃;乃fΩ=2.5时,温度约为⒛0℃。随着飞行马赫数的提高,机体表面的温度还会急剧上升。飞机进行短时间的超音速飞行,空气动力加热只使机体表面的温度升高,在机体结构中造成温度梯度,使机体结构承受热应力。超音速运输机是要以超音速进行长时间的巡航飞行的。长时间的空气动力加热不但使机体表面温度升高,而且会使机体结构热透,并使座舱温度升高,这就会给飞机的飞行带来很多问题。

首先,座舱的温度太高使机务人员和乘客无法忍受,机上的设备比如无线电、航空仪表等也无法正常工作。其次,机体的温度也会超过机上一些非金属材料的极限工作温度,比如,风挡和观察窗的有机玻璃、密封用的橡胶等都会因为温度过高而不能正常工作甚至完全损坏。更严重的问题是:飞机机体被热透,温度达到⒛0℃以上,使飞机主要受力结构件的材料――铝合金的机械性能大大下降,飞机结构的强度和刚度降低,达不到飞机设计要求,无法进行正常飞行。当马赫数l,rd提高到2.0时,铝合金材料⒛24的强度极限σb下降约9%,而当马赫数跖Ω提高到2.5以上时,机体的温度超过犭0℃,铝合金材料⒛z的强度极限下降约硐%,这已经到了以铝合金为主要结构材料的飞机结构的工作极限了。使用耐

高温材料如钛合金、耐热合金钢等可以提高飞机机体工作温度,但飞机飞行速度的进一步提高还要依靠新型结构材料(比如,先进复合材料等)的研制和新工艺方法的开发。

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