飞机的构造与系统.doc

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1、飞机的构造与系统 飞机的基本组成 飞机的主要组成部分及其功能如下： 、推进系统：包括动力装置（发动机和保证其正常工作所需的附件）、能源及工质。其主要功能是产生推动附件前进的推力（或拉力）。 、操作系统：其主要功能是形成（自动或有驾驶员）与传递操纵指令，驱动舵面和其他机构，控制飞机按预定航线飞行。 、机体：包括机身、机翼和尾翼等。其主要功能是产生升力；装载有效载荷、燃油及机载设备；将其他系统和装置连成一个整体，构成适于稳定及操纵飞行的气动外形。 、起落装置：其主要功用是飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时，用以支持以及吸收撞击能量并操纵滑行方向。 、机载设备：包括方向仪表、导航、通信、环境控制、生命

2、保障、能源供给等设备以及客舱生活服务设施（对民用飞机）或武器和火控系统（对军用飞机）。 航空发动机 为航空器（主要指飞机）提供所需动力的发动机。目前，飞机常用的发动机主要有四类： 、活塞式航空发动机：早期在飞机和直升机上应用的发动机，用它带动螺旋浆或旋翼。活塞式航空发动机的优点是省油，螺旋浆在低速飞行时推进效率高，在相同功率下能产生较大的拉力，有利于提高飞机的起飞性能。缺点是结构复杂，重量大而输出功率小，螺旋浆在高速飞行时推进效率低，因此不适用于大型和高速飞机。但是对低速飞机而言，它具有喷气式发动机不可比拟的优点，那就是耗油率低。此外，由于燃烧较完全，对环境的污染相对较低，噪音也较小。因此，小

3、功率的活塞式航空发动机还广泛使用在轻型飞机、直升机以及超轻型飞机上。 、涡轮螺旋浆发动机：燃气涡轮发动机构造简单、功率大、体积小和重量轻，可以用在大型飞机上。但由于螺旋浆的限制，仍限用于速度低于公里小时的飞机上。 、涡轮喷气发动机：具有重量轻、体积小和功率大的特点，适于超音速飞行。但在高亚音速范围内推进效率较低，耗油也多。在发动机涡轮后的喷管中补充燃油，构成加力燃烧室，可以大幅度提高推力，但是耗油量增加很多，只能用在短时间作超音速飞行的超音速歼击机和轰炸机上。 、涡轮风扇发动机：在涡轮喷气发动机外增加一风扇通道（或称外涵道），风扇通道内的气流温度低、速度小，它于内部通道的燃气喷流混合，使整个发

4、动机的排气速度降低，使发动机在高亚音速范围内的推进效率大为提高，同时还能降低发动机的噪音。现代应用最多的有两类涡轮风扇发动机：一类是直径较大的高流量比（发动机风扇通道的空气流量于发动机内部流量之比）风扇发动机，主要用于高亚音速旅客机，它具有耗油率小和起飞功率大的特点。另一类是低流量比的带加力燃烧室的风扇发动机，它兼顾了亚音速时省油（加力燃烧室不工作）和超音速推力大（加力燃烧室工作）的要求，广泛用于各类超音速飞机上。 航空器上应用的其他发动机还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机燃料消耗率太大，不适于常时间工作，在飞机上只用于短时间加速（如启动加速器）。脉冲发动机主要用于低速靶机和航

5、空模型飞机。由太阳能电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞机，尚处在试验阶段。 飞机操纵系统 传递操纵指令、驱动舵面和其他机构以控制飞机飞行状态的系统。根据操纵指令的来源，可分为人工操纵系统（有主操作系统和辅助操作系统组成）和自动控制系统。 主操作系统用于控制飞机飞行轨迹和姿态，由升降舵（或全动平尾）、副翼和方向舵的操纵机构组成。主操作系统应使驾驶员有位移和力的变化的感觉，这时它与辅助操作系统的主要区别。辅助操作系统包括调整片、襟翼、减速板、可调安定面和机翼变后掠角操纵机构等。它们的操纵只是靠选择相应开关位置，通过电信号接通电动机或液压作动筒来完成。自动控制系统的操纵指令来自系统的传感器，能对外界的

6、扰动自动作出反应，以保持规定的飞行状态，改善飞机飞行品质。常用的自动控制系统有自动驾驶仪、各种增稳系统、自动着陆系统和主动控制系统。自动控制系统的工作和驾驶员的操纵是各自独立、互不妨碍的。飞机主动操作系统经历了由简单初级到复杂完善的过程。先后出现了机械式操纵、可逆、不可逆助力操纵和电传操纵，并在电传操纵基础上发展了主动控制技术。 自动驾驶仪 按一定技术要求自动控制飞机（或其他飞行器）的装置。在有人驾驶的飞机上使用自动驾驶仪是为了减轻驾驶员的负担，使飞机按一定的姿态、航向、高度和马赫数飞行。飞机受暂时干扰后，自动驾驶仪能使它恢复原有的稳定飞行状态，因此，初期的自动驾驶仪称为自动稳定器。自动驾驶仪

7、与飞机上其他系统交联还可实现对飞机的控制。 自动驾驶仪是逐步发展完善起来的。年，美国人斯派雷制成电动陀螺稳定装置，这是自动驾驶仪的雏形。年代，为了减轻驾驶员长时间飞行的疲劳，开始使用三轴稳定的自动驾驶仪。它的主要功能是使飞机保持平直飞行。年代通过自动驾驶仪中引进角速率信号的方法制成阻尼器或增稳系统，改善乐飞机的稳定性。自动驾驶仪发展成为飞行自动控制系统。年代后期，又出现自适应自动驾驶仪，它能随飞机飞行特性的变化而改变自身的机构和参数。随着计算机技术的不断发展和广泛使用，年代，又产生了数字式自动驾驶仪。现代自动驾驶仪开始向智能化方向发展。 自动驾驶仪可按能源形式、调节规律分为多种。现代旅客机多安

8、装电气（或电子）液压式自动驾驶仪。 机身 飞机上用来装载人员、货物、武器和机载设备的部件。它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。在轻型飞机和歼击机上，还常将发动机装在机身内。飞行中机身的阻力占全机阻力的。因此，良好的机身流线型对减小飞机阻力，改善飞行性能具有重要作用。 机身按外形特点分为正常式机身和尾撑式机身。正常式机身（图）应用最普遍。它是一个中间大，向两头缓慢收缩的流线体（纺锤型）。机身头部略下垂以扩大驾驶员的视野，尾部略上翘以避免飞机着陆时尾部触地。在一些喷气式歼击机上，发动机装在机身后部，进气口在机身头部，机身成为两头略小的园筒型，常称为雪茄型机身。在一些超音速飞机上，采用中部收缩

9、的细腰形机身，称为面积率机身（图）。高亚音速旅客机的机身截面多为园形或近于园形，机身中部有一个较长的梗截面段，头部和尾部为收缩段，形成一个流线型。这样的机身具有较大的内部容积。军用运输机的机身尾部常用很大的上翘，并开有后门，便于大型武器装备和车辆的装卸。尾撑式机身（图，）也能达到方便货物装卸的目的，但由于机身流线型不好，阻力大，以及细的尾撑刚度较差等原因，较少采用。在轻型飞机上，为了提高较少容积利用效率和便于制造，多采用带园角的长方性截面的机身。 现代飞机巡航高度多在米以上，高空气压低，空气稀薄，难以维持乘员的生命，在驾驶舱和客舱内需要人工增压，以保持相当于地面的生活环境。机身因内外压力差而受

10、到很大的载荷，为减少自重并尽量扩大容积，常将机身截面设计成园形，机身的蒙皮便可发挥承载作用，舱壁上的内压力完全由蒙皮张力所平衡，隔框基本不受载。 飞机的使用期限比较长（现代旅客机可达年），在设计和制造过程中还必须考虑机身结构在重复受载下的疲劳损坏问题。 机翼 飞机上用来产生升力的主要部件。一般分为左右两个翼面，对称地布置在机身两边。机翼的一些部位（主要是前缘和后缘）可以活动。驾驶员操纵这些部分可以根本机翼的形状，控制机翼升力和阻力的分布，以达到增加升理或改变飞机姿态的目的。机翼上常用的活动翼面（图）有各种前后缘增升装置、副翼、扰流片、减速板、升降副翼等。机翼内部经常用来放置燃油。在机翼厚度允许

11、的情况下，飞机的主起落架也经常全部或部分收在机翼内。此外，许多飞机的发动机或是直接固定在机翼，或是吊挂在机翼上。 机翼按俯视平面形状的不同，可划分为三种基本类型（图）：平直翼、后掠翼和三角翼。平直翼多用在亚音速飞机和部分歼击机上，后掠翼可用于高亚音速飞机和超音速飞机，三角翼多用于超音速飞机，尤以无尾飞机采用最多。 描述机翼外形的主要几何参数有翼展、翼面积、后掠角、上反角、翼剖面形状（翼型）等（图）。此外，还有一些重要的相对参数：展弦比：机翼翼展与平均弦长（机翼面积被机翼除）之比；梢根比：机翼翼梢弦长与翼根弦长之比；翼型相对厚度：翼型最大厚度与弦长之比。这些参数对机翼的空气动力特性、机翼受载和结

12、构重量都有重要的影响。 尾翼 装在飞机尾部，起纵向（俯仰）和航向平衡、稳定作用并操纵飞机保持和改变飞行姿态的部件。大多数飞机的尾翼由水平尾翼和垂直尾翼组成（图）。少数飞机采用形尾翼，它兼有水平尾翼和垂直尾翼的作用。 水平尾翼：简称平尾，是飞机纵向平衡、稳定和操纵的翼面。平尾左右对称的布置在飞机尾部，基本为水平位置。翼面的前半部通常是固定的，称为水平安定面。后半部铰接在安定面的后面，可操纵上下偏转，称为升降舵。升降舵的后缘还有调整片。在大型飞机上，为了提高平尾的平衡能力，水平安定面可以缓慢改变安装角，这样的平尾称为可调水平尾翼。 平尾按相对与机翼的上下位置不同，大致分为高平尾、中平尾和低平尾三种

13、形式（图）。由于影响平尾工作的各种因素随应角和速度而变化，要想选择一个合适的平尾位置，必须经过大量风洞试验才能确定。 垂直尾翼：简称平尾，起保持飞机的航向平衡、稳定和操纵作用，原理与平尾相似。垂直尾翼仅仅布置在飞机轴线的上部。这是因为在起飞着陆时，飞机头部上仰，尾部离地面很近，轴线下方无法布置垂直翼面。与平尾相似，垂尾翼面的前半部分通常是固定的，称为垂直安定面；后半部分铰接在安定面后部，称方向舵。垂尾的作用是保持转弯在无侧滑状态下进行；在有侧风着陆是保持机头对准跑道；飞行中平衡不对称的偏航力矩（如多发动机中有一台停车造成的偏航力矩）。方向舵操纵系统中可装阻尼器，以阻止飞机在高空高速飞行中出现的

14、偏航摇摆现象。 多数飞机只有一个垂直尾翼（单垂尾）。它位于飞机的对称面内。在一些多发动机的螺旋浆飞机上，为了提高垂尾效率，将垂尾分成两个（双垂尾）或两个以上（多垂尾）。在超音速飞机上，因为机身比较粗大，为了保证飞机在高空高速飞行时仍有足够的稳定性，需要有很大的垂尾面积。如果采用双垂尾型式，可以降低垂尾高度，减小垂尾在侧滑时产生的滚转力矩，同时也可提高大迎角时的航向稳定性。 起落架 飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收撞击能量的飞机部件。初期的飞机起落架都由固定的支架和机轮组成，飞行中产生很大的阻力。现在除少数低速小型飞机外，起落架在飞行中都收入机翼和机身内。 起落架的最下端装

15、有带充气轮胎的机轮，机轮上有刹车或自动刹车装置。此外还有承力支柱、减震器（常用承力支柱作为减震器的外筒）、收放机构、前轮减摆器和转弯操纵机构等。 飞机上使用最多的是前三点式起落架（图）。前轮在机头下面远离重心处，可避免飞机刹车时出现“拿大顶”的危险。两个主轮左右对称地布置在重心稍后处，且相隔一定距离，保证飞机在地面滑行是不致倾倒。飞机在滑行或地面停放时，机身地板基本处于水平位置，便于旅客登机和货物装卸。重型飞机用增加机轮和支点数目的方法减低机轮对跑道的压力。例如美国军用运输机，起飞重量达吨，仅主机轮就有个，采用个并列的多轮式车架（每个车架上有个机轮），构成个并列主支点。加上前支点共有个支点，但

16、仍然具有前三点起落架的性质。早期在螺旋浆飞机上广泛使用后三点起落架（图）。其特点是两个主轮在重心稍前处，尾轮在机身尾部离重心较远。后三点起落架比前三点轻，但是地面转弯不够灵活，刹车过猛时飞机有“拿大顶”的危险，现代飞机已很少采用。还有一种用得不多的自行车式起落架，它的前轮和主轮前后布置在飞机对称面内（即在机身下部），重心在前后轮中间。为防止转弯时倾倒，在机翼下还布置有辅助小轮（图）。这种型式因起飞时飞机抬头困难而很少采用。 飞机环境控制系统 保证飞机座舱和设备舱内具有乘员和设备正常工作所需适当环境条件的整套装置，又称飞机增压和空气调节系统。 世纪末，人们在使用气球过程中逐渐认识到高空稀薄大气对

17、人体的危害。后来，当飞机达到米高度时，开始使用氧气设备。但是高度达到公里时，即使呼吸纯氧也会发生缺氧现象。此外，高空低气压还会使人产生各种机能障碍，高空低温也会直接影响机上人员的工作能力和安全。为了解决高空飞行遇到的问题，早在年，俄国科学家就提出气密座舱的设想。年，美国开始在飞机上试用增压座舱。从年代中期，飞机座舱增压和空气调节技术得到迅速发展。现代飞机环境控制系统以控制飞机座舱和设备舱的压力和温度为主，它包括控制对象（增压座舱）、座舱供气和空气分配、座舱压力控制、制冷和湿度控制以及温度控制等分系统。 增压座舱：舱内压力高于环境气压并按高度自动调节的乘员舱，保证乘员在高空飞行时具有舒适、安全的

18、生活和工作条件。 座舱供气和空气分配：座舱供气系统是座舱增压和空气调节的气源，主要功能是使舱内气压高于大气环境气压并保持舱内空气清洁。现代飞机的增压气源多为发动机压气机出口引出的增压空气。 空气分配系统：使调温空气流入并分布于舱内，在舱内造成合适的温度和速度分布，以保证舱内的舒适环境条件。通风空气由空气分配系统的供气喷嘴流入座舱，在舱内流动和通风换气，最后从排气口流出座舱。旅客机座舱空气分配系统要求气流噪声小、舱内温度和速度场均匀。客舱内气流速度一般不超过米秒。为每个乘客备有个人通风喷嘴，旅客可任意开、闭，调节通风量和气流方向。 座舱压力控制：实现座舱压力控制的主要装置是座舱压力调节器，它由控

19、制器和排气活门组成。它的功能是使座舱的绝对压力随飞行高度自动变化。此外，飞机还有一些应急装置，用于在座舱压力调节器失效或其他必要情况下控制座舱压力，保证飞行安全。现代飞机的气密座舱并非绝对气密。座舱由供气装置供气，由排气活门和座舱的机构缝隙排气，当供气量与排气量相等时座舱压力维持不变。 温度控制：温度控制系统合理地控制热空气和冷空气流量，对座舱的热载荷进行平衡，以达到控制座舱温度的目的。热空气可直接由发动机压气机引出，冷空气由飞机制冷系统提供。冷热空气经适当混合后，送入座舱和设备舱，以保持需要的温度。座舱温度通常由温控装置自动控制，必要时也可以人工调节。待添加的隐藏文字内容1 湿度控制：对空气

20、进行增湿或减湿以保持座舱空气具有适宜的湿度。舱内空气太干燥会使乘员感到不适；湿度过大会使空气调节系统结冰，舱内出现滴水和雾汽，座舱玻璃结雾并影响电子设备。舱温在范围时空气湿度变化对人体影响不大。所以大多数飞机对空气湿度不进行控制。但环境控制系统一般都有除湿装置，以除去制冷系统产生的水分。 航空仪表 又称飞机仪表，飞机上所有仪表的总称。按功用可分为三类： 、飞行仪表又称领航驾驶仪表。指示飞行状态和领航参数的仪表。主要包括：高度表、空速表、马赫数表、升降速度表、地平仪、转弯倾斜仪、罗盘、地速偏流角指示器、风速风向指示器、大气温度表、航空时钟等。 、发动机仪表指示动力装置工作状态的仪表。主要包括：转

21、速表、压力比表、温度表、油量表、流量表（耗量表）、燃油压力表、滑油压力表、进气压力表、扭矩表、震动表等。 、其他仪表又称辅助仪表，指示液压、冷气等系统和各种辅助部件工作情况的仪表。主要包括：指示襟翼、起落架和炸弹舱门位置的指示器、液压和冷气系统的压力表、氧气仪表、电流表、电压表、功率表、频率报、座舱压差高度表、座舱温度表等。 飞机电气系统 飞机供电系统和用电设备的总称。由发电、电能变换、配电和用电的各种设备组成。 在早期飞机上，电气设备只有电嘴和磁电机，用来给发动机点火。稍后增加了照明装置、电台和蓄电池。几十年来，随着航空技术的发展，飞机电气设备不断增加和改进，用电量与日俱增，电气系统在飞机上

22、的地位越来越重要。现代飞机的发电机装机容量一般为千瓦，最多者已达千瓦，网络导线总长度超过公里。用电设备涉及到飞机和发动机的操纵和控制、导航、检测、驱动、防冰、照明、座舱空气调节、通信、电子对抗、火控、救生和生活服务等方面。电气系统对提高飞机的战术技术性能，保证风向安全、准确和舒适等方面起着重大作用。 飞机电气系统可分为直流电气系统、交流电气系统和混合电气系统三大类。它们分别采用直流电源系统、交流电源系统和混合电源系统供电。 直流电气系统安全，发电机控制、保护及并联简单，配电方便，电动机启动力矩大、易调速，发电机有的还可作为发动机的起动机；其缺点是电机体积大、重量大、高空换向困难，可靠性差，一般

23、用于用电量小的低空低速飞机。 交流电气系统高空性能好，发电机容量大，电机小而可靠，电能变换容易，电网重量轻；但发电机的控制、保护和并网比较复杂，电动机调速困难。一般用于高空高速及大型飞机。 雷达 利用无线电波测定目标位置和有关参数的电子设备。它利用目标对电磁波的反射、转发和自身辐射来发现目标，并测定目标的位置、速度和旋转等参数。雷达是为了对付空中威协而发展起来的。在第二次世界大战中，英国建立的雷达警戒网对防空起了重要作用。战后雷达发展更为迅速，种类越来越多，用途更加广泛。目前，航空运输也广泛使用雷达进行气象探测、飞机导航和空中交通管制等。现代雷达正向数字化、固体化和计算机控制的方向发展。图是雷

24、达系统原理示意图。 机载雷达 装在飞机上利用电磁波对目标进行探测并获得目标信息用的雷达。年在英国首先研制成功机载雷达，年用于探测和截击敌机。由空中对海面和地面搜索的雷达于年投入使用。年代的雷达只不过是简单的探测和跟踪雷达。年代已逐步成为有数字计算机的自动系统，电路已半导体化、组件化，并采用了单脉冲技术，随后各种多功能雷达、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达相继问世。年代的机载雷达已综合采用各种新型体制。 机载雷达依种类的不同具有下列一项或多项功能：搜索、跟踪、地形测绘、地形回避、地形跟随与防撞、敌我识别、轰炸瞄准、武器制导、护尾、搜索潜艇、地面勘探、空中警戒、辐射探测、导航、自动着陆、侦察、空中交会、气象雷雨区显示和回避等。机载雷达按所具备的功能分类为火力控制雷达、截击雷达、轰炸雷达、预警和指挥雷达、导航雷达、侦察和勘探雷达、气象和航行雷达。导航雷达是用于引导航行和保证飞行安全的雷达。它具有地面测绘、地标观察、地形回避、地形跟随、地速和偏流角测量等功能。这类雷达通常具有较广的探测范围。气象和航行雷达装在大型民航机和运输机上，用以观察飞机前方气象状况、空中目标、地形和地物。