飛機飛行原理3D動態圖,小學生都能看懂

2020-12-05 花辰月夕102211

大多數飛機由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置,飛機的飛行要解決兩個問題:一是上升;二是前進,前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。 上升是根據伯努利原理,即流體(包括氣流和水流)的流速越大,其壓強越小;流速越小,其壓強越大。還有,升力和迎角等都有很大關係。

氣流流過的壓力差產生了升力

飛機運動的三軸簡化,俯仰、滾轉、偏航

滾轉是副翼控制

▲俯仰運動靠升降舵控制

▲偏航運動靠方向舵控制

平衡分析(對單旋翼式)

(1)直升飛機的大螺旋槳旋轉產生升力平衡重力。

直升飛機的槳葉大概有2—3米長,一般有5葉組成。普通飛機是靠翅膀產生升力起飛的,而直升飛機是靠螺旋槳轉動,撥動空氣產生升力的。直升飛機起飛時,螺旋槳越轉越快,產生的升力也越來越大,當升力比飛機的重量還大時,飛機就起飛了。在飛行中飛行員調節高度時,就只要通過改變大螺旋槳旋轉的速度就可以了。

(2)直升飛機的橫向穩定。

因為直升飛機如果只有大螺旋槳旋,那麼根據動量守衡,機身就也會旋轉,因此直升飛機就必須要一個能夠阻止機身旋轉的裝置。而飛機尾部側面的小型螺旋槳就是起到這個作用,飛機的左轉、右轉或保持穩定航向都是靠它來完成的。同時為了不使尾槳碰到旋翼,就必須把直升飛機的機身加長,所以,直升飛機有一個像蜻蜓式的長尾巴。

航空發動機:提供飛機前進的動力

▲星型發動機示意圖,在其他更先進的航空發動機出現之前,大型飛機的發動機常採用星型設計。

▲星型發動機屬於活塞式發動機的一種,早在1903年,星型發動機就用在了飛機上

▲渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機,其歷史也很悠久,1937年,世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了

▲從大的方面看,渦噴發動機由5個結構組成

空氣從進氣道進入發動機後,首先被高速運轉的壓氣機壓縮,產生高壓緻密空氣以提供大量氧氣,燃燒室噴油燃燒,向後衝擊渦輪機,而渦輪機又帶動前面的的壓氣機,燃氣流從噴口噴出產生推力。

▲渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機

很容易就能發現,渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區別。渦噴只有一個空氣通道,專業上叫做「涵道」,而渦扇發動機卻有兩個空氣通道。也就是說,渦噴發動機是單涵道發動機,而渦扇是雙涵道發動機。

▲發動機在運轉時,外涵道與內涵道空氣流量的比值叫做涵道比

規律是,涵道比越大越省油,經濟性越好,高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效,所以它廣泛地運用於客機、運輸機等。

▲高涵道比的發動機,主要推力不是來自於向後噴出的高溫燃氣,而是來自於外涵道高速向後噴出的空氣

現代戰鬥機也大多採用渦扇發動機,只是,為了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的發動機。

▲美國F22猛禽戰鬥機使用的渦扇發動機,涵道比很低,只有0.3:1

▲渦輪螺旋槳噴氣發動機,簡稱渦槳發動機

渦槳發動機的本質類似於渦噴發動機接上一個減速器,並帶動外部的螺旋槳

▲中國自行設計研製的水陸兩棲飛機蛟龍-600,採用國產WJ-6渦槳發動機

目前,蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機,於2016年7月23日總裝下線。

渦槳發動機通常用在小型或低速的亞音速飛機上。但也有例外,俄羅斯的圖-95戰略轟炸蛟龍-600機使用的NK-12MV型渦槳發動機,讓其達到925公裡每小時的高速,接近音速。

▲俄羅斯的圖-95戰略轟炸機

▲每一個NK-12MV型渦槳發動機上有8個葉片,前後葉片採取同軸反轉的模式

▲同軸反轉示意圖

▲安-70運輸機上的D-27漿扇發動機

渦槳發動機的燃油效率通常高於渦扇發動機,但它也不是盡善盡美,原因之一是,渦槳發動機上多了一個減速器,也就是變速齒輪。

變速齒輪的存在一是增加了發動機重量,二是多少會帶來一些功率上的損耗。

為此,有的國家研製一種不需要變速齒輪的發動機,它就是槳扇發動機。

由於和渦輪之間沒有減速器,槳扇的螺旋槳轉速非常高,帶來的優點是燃料效率進一步提高,而缺點是噪音大,難以運用於追求舒適性的客機上。目前,只有安-70運輸機使用漿扇發動機。

▲「安-70」運輸機由烏克蘭與俄羅斯共同研製開發,於1994年12月6日首飛

「安-70」的發動機,其葉片為前置,還有另一種槳扇發動機,其葉片為後置,這就是通用電氣早些年進行實驗的發動機GE36。

▲GE36槳扇發動機

▲GE36槳扇發動機示意圖

▲實驗中的GE36,表現出了非常低的燃料消耗,但同樣還是因為噪音大的問題,它沒有被使用在任何飛機上

▲渦軸發動機並非如此簡單,但您可以藉此理解其本質

渦輪軸發動機簡稱渦軸發動機,顧名思義,它是通過「軸」來傳輸動力。直升機、坦克、船舶上都有使用。

▲ch-47支奴幹直升機上的渦軸發動機

無論是上文提到的渦噴還是渦扇發動機,它們的前部都有一個「壓氣機」,這可是個大塊頭,要是能把它去掉就太好了。問題是,沒有了壓氣機,怎麼壓縮空氣?

飛行器飛得越快,迎面而來的空氣就越快,當快到幾倍音速時,空氣自然就得到了壓縮。高壓空氣進入燃燒室,混入燃油,劇烈燃燒並向後高速噴出以得到動力。這就是衝壓發動機的原理。

▲圖中的(a)代表傳統的渦噴發動機,其結構很複雜,而(b)代表衝壓發動機;(c)表示超燃衝壓發動機

衝壓發動機一般用在飛彈和目前還在試驗階段的高超音速飛行器上。

起落架收放示意1

起落架收放示意2

起落架收放示意3

直升機與普通飛機區別及飛行簡單原理

不可否認,直升機和飛機有些共同點。比如,都是飛行在大氣層中,都重於空氣,都是利用空氣動力的飛行器,但直升機有諸多獨有特性。

(1)直升機飛行原理和結構與飛機不同,飛機靠它的固定機翼產生升力,而直升機是靠它頭上的槳葉(螺旋槳)旋轉產生升力。

(2)直升機的結構和飛機不同,主要由旋翼、機身、發動機、起落裝置和操縱機構等部分組成。根據螺旋槳個數,分為單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式。

(3)單旋翼式直升機尾部還裝有尾翼,其主要作用:抗扭,用以平衡單旋翼產生的反作用力矩和控制直升機的轉彎。

(4)直升機最顯眼的地方是頭上窄長的大刀式的旋翼,一般由2~5片槳葉組成一副,由1~2臺發動機帶動,其主要作用:通過高速的旋轉對大氣施加向下的巨大的力,然後利用大氣的反作用力(相當與直升飛機受到大氣向上的力)使飛機能夠平穩的懸在空中。

來源:機械前沿、環球物理

相關焦點

  • 飛機飛行原理3D動態圖,小學生都能看懂!
    大家有沒有這樣的疑惑:飛機這樣的龐然大物是如何能夠從地面飛並距離,負重那麼多也能像在平地一樣?上升是根據伯努利原理,即流體(包括氣流和水流)的流速越大,其壓強越小;流速越小,其壓強越大。還有,升力和迎角等都有很大關係。
  • 飛機飛行原理3D動態圖,直觀易懂
    ,飛機出行也是大家常用的出行方式之一,但大家知道飛機飛行的原理麼?飛機的飛行要解決兩個問題:一是上升;二是前進。前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。金粉商城熱門圖書排行☞金粉最愛圖書排行☞機械圖書排行熱點資訊緊固件的選用原則,做機械設計都用得到!
  • 小學生都能搞懂的:飛機飛行原理動態圖【附:視頻】
    不知道大家有沒有這樣的疑惑:飛機這樣的龐然大物是如何能夠從地面飛到空中,並且航行很長的距離,負重那麼多也能像在平地一樣?下面,我們就用gif動圖為大家解剖飛機飛行的大秘密!▲ch-47支奴幹直升機上的渦軸發動機無論是上文提到的渦噴還是渦扇發動機,它們的前部都有一個「壓氣機」,這可是個大塊頭,要是能把它去掉就太好了。
  • 飛機上的「刺刀」:空速管的原理與現實中的問題!
    在很多飛機的機頭或機翼上一般都會有一根細長的管子。看起來如同佩刀一般,曾有笑話說這是飛機用於空戰的刺刀。能把敵方飛機捅出一個窟窿來。當然了,這只是網友開玩笑罷了。這根長長的管子就是飛機的空速管。它是用來測量飛機飛行時的總壓,靜壓,攻角等參數,然後經過處理,就可以得到飛機飛行的速度,攻角,氣壓高度,以及升降速度等。一、原理在飛機上使用的空速管,一般有直管型與L型兩種。其工作原理關鍵在於測量全壓和靜壓。空速管是中空的雙層套管,頭部為半球形。
  • 上百噸重的飛機為何能飛上天?飛行原理是什麼?科學解答真相!
    我們人類研發飛機的靈感就是從鳥類飛行上得來的,鳥的翅膀向下煽動,由於空氣存在慣性,翅膀下部的空氣不會立馬跟隨翅膀向下運動,空氣被壓縮,氣壓升高,同樣的道理,翅膀上部的氣壓變低,這時翅膀上下部氣壓不同,形成壓力差,產生升力。不過,鳥類還有另外一個動作,即使不煽動翅膀也能飛行,那就是滑翔,而飛機的飛行就可以看成鳥在滑翔。不過此時並沒有明顯壓縮空氣行為,那升力是哪來的呢?
  • 趣味動態圖:原來飛機是這麼飛的!
    剛剛發了一大波機械原理動態圖,貌似大家都挺喜歡這種啊,正好又看到了飛機飛行原理的幾張動態圖,再分享給大家。飛機是如何飛行的?可能會有不少人說,空氣升力唄,但你知道具體是個什麼道理嗎?下邊這組動圖會給你一個非常直觀的答案。
  • 動態圖看飛機,高深原理秒懂
    關注我,請點擊標題下方的「中汽技術信息」   對於大眾來說,飛機是比較好奇的,尤其是飛機怎麼飛起來的?飛機飛的有多快?飛機上天了不就可以隨意開嗎?看完這些圖,讓你秒懂!
  • 【物理原理】飛機飛行原理中的bug,你知道哪些?
    但是你知道嗎,從100年前到今天,「飛機為什麼能飛起來」至今是個未解之謎!眾所周知飛機是因為有升力飛起來,但是升力是如何產生的?有兩個理論可以解釋升力的產生,但是他們都有一些漏洞。這是瑞士數學家丹尼爾·伯努利在1738年發表的專著《流體動力學》中提出的一種原理。這個原理也成為了目前解釋「飛機為什麼能飛起來」的非技術性理論。
  • 10張動態圖帶你看懂複雜的機械原理
    機器是由一個或一個以上的機構組成,用來作有用的功或完成機械能與其他形式的能量之間的轉換。不同的機器往往由有限的幾種常用機構組成,如內燃機、壓縮機和衝床等的主體機構都是曲柄滑塊機構。這些機構的運動不同於一般力學上的運動,它只與其幾何約束有關,而與其受力、構件質量和時間無關。
  • 圖解飛機的飛行原理,多年的疑惑終於搞懂了
    自從飛機發明以後,就成為現代文明不可缺少的交通工具。01 飛機的主要組成▼大多數飛機都是由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成。操縱副翼可使飛機滾,放下襟翼能使機翼升力係數增大。另外,機翼上還可安裝發動機、起落架和油箱等。
  • 飛機飛行的原理是什麼?
    飛機這麼幾個部分,噴氣飛機主要有機身,發動機,機翼,尾翼,控制系統,起落架等。飛機從無到有發展到今天,從低速到高速到超音速,在飛機的種類,用途上都有了突飛猛進的發展。有民用的客機和直升飛機,運輸貨物的貨機,用於農業的飛機,教練機等等。
  • 飛機是如何起飛的?詳解飛機的飛行原理和結構!
    上升是根據伯努利原理,即流體(包括氣流和水流)的流速越大,其壓強越小;流速越小,其壓強越大。還有,升力和迎角等都有很大關係。 大多數飛機由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置。 一;機翼的主要功用是產生升力,以支持飛機在空中飛行,也起一定的穩定和操縱作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼。
  • 圖解飛機飛行原理,終於搞懂了!
    愛飛機,愛飛行:您可以點擊標題下的我愛飛機關注,點右上角按鈕
  • 《太喜歡飛行原理了》:詳解飛行的秘密,帶你識別飛機的內部結構
    而在《紅豬》裡,那頭豬對飛機的熟悉程度已經超越了設計師,把飛機駕駛得得心應手。這兩部電影是孩子們特別愛看的,特別是對飛機的介紹,現在我們通過《太喜歡飛行原理了》這本書,能夠更深刻地了解到飛機的原理。這本書通過對飛機的飛行原理,進行知識化分解,利用圖解系列對各種原理進行分析和計算。
  • 小學生也能設計的無人機編隊飛行表演
    無人機編隊表演憑藉其高科技的玩法受到越來越多人的喜愛,但這些都是成人操控的,小學生給大家帶來的無人機編隊表演又是什麼樣子的呢?小火今天就手把手教你編隊飛行公開課之《翻滾吧!無人機浪花》,小學生設計編隊表演不是夢!
  • 超音速飛行3d
    超音速飛行3d是一款賽車競速遊戲,休閒玩法,安裝包小,不佔內存,與其它的競速賽車遊戲不同,遊戲中增加了飛船的懸浮性,玩家所駕駛的車輛是以低空的狀態向前行駛的,增強了玩家的視覺享受,喜歡賽車競技的玩家,可以來試一下。
  • 飛行原理——飛機側滑
    剛開始接觸「側滑」這個詞的時候小編也一直摸不著頭腦,搞不清楚側滑到底是什麼,是一種怎樣的飛行狀態。在諮詢了很多信息之後,我逐漸了解了一些東西。接下來,小編將向您解釋什麼是飛機側滑及其原因。一、飛機對稱面偏離飛行軌跡:在飛行中,由於飛機的對稱平面偏離飛行軌跡而引起的側滑主要是由於僅推動方向舵或方向舵的量太大而引起的。許多人認為方向舵是用來轉彎的,然後在轉彎時只踩方向舵或者踩的方向舵過大。實際上,方向舵不用於轉彎,方向舵也不是轉彎的原因。
  • 小學生都能看懂的「冰雹猜想」,至今無人能證,舉出反例算你牛
    相信許多人都是抱著看熱鬧的態度去圍觀,結果是一臉懵逼地進去又一臉懵逼地出來,說白了看不懂!那麼小編給大家介紹一個小學水平甚至小學低年級水平就能看懂的猜想。數學家經過驗證在小於7*10^11(7後面11個0)的所有的自然數,都符合這個規律,看到這是不是連嘗試的興趣都沒了。
  • 飛機為什麼能飛起來? "伯努利原理"了解一下
    想像一下,你坐在飛機上看著窗外的藍天白雲,俯瞰著大地的勃勃生機。這時,你忍不住讚嘆科技的神奇,讓我們有機會在藍天翱翔。與此同時,你又不禁問自己,為什麼飛機可以飛起來呢?談起飛機為什麼能飛起來,不得不提到的就是「伯努利原理」。
  • 小學生都能看懂 教你打造免費個人網站
    之所以是小學生都能看懂的教程,主要還是得益於京東雲擎的簡單易懂,下面我們先來認識一下京東雲擎。絕對是學過拼音、學過漢字的小學生都能看懂的吧?    什麼?小學生不明白php、Apache是什麼?    No Problem!因為你完全不需要去弄明白它們究竟是什麼!