第一章 无人机空气动力学基本知识

1.2 飞机的结构

1.2.1 固定翼飞机的分类

固定翼飞机按组成部件的外形、数目和相对位置进行如下分类：

（1）按机翼数目可分为单翼机、双翼机和多翼机；

（2）按机翼相对于机身的位置，可分为下单翼、中单翼和上单翼飞机；

（3）按机翼平面形状可分为平直翼飞机、后掠翼飞机、前掠翼飞机和三角翼飞机；

（4）按水平尾翼的位置和有无水平尾翼可分为正常布局飞机（水平尾翼在机翼之后）、鸭式飞机（前机身装有小翼面）和无尾飞机（没有水平尾翼）；正常布局飞机又可分为单垂尾、双垂尾、多垂尾和V型尾翼；

（5）按用途分类可分为战斗机、轰炸机、攻击机、拦截机；

（6）按推进装置的类型可分为螺旋桨飞机和喷气式飞机；

（7）按发动机类型可分为活塞式飞机、涡轮螺旋桨式飞机和喷气式飞机；

（8）按发动机的数目可分为单发飞机、双发飞机和多发飞机；

（9）按起落装置的形式可以分为陆上飞机、水上飞机和水陆两用飞机；

（10）按飞机的航程可分为近程飞机、中程飞机和远程飞机。

民航运输机的分类：

（1）按用途分类可以分为民用飞机和军用飞机；

（2）按旅客座位数可以分为大型飞机（旅客座位数＞200）、中型飞机（旅客座位数100-200）和小型飞机（旅客座位数＜100）。

（3）按机身直径可以分为宽体客机（机身直径大于3.75m）、窄体客机（机身直径小于3.75m）；

（4）按发动机可以分为蜗喷式飞机、蜗扇式飞机和涡桨式飞机等；

（5）按飞行速度可分为低速飞机（速度小于400km/h）、亚声速飞机—高亚声速飞机（马赫数为0.8-0.89）、超声速飞机（马赫数大于1）；

（6）按任务性质分为客机和货机。

 

1.2.2 固定翼飞机的结构及各组成结构的作用

机翼用来产生支撑飞机重量的升力，使飞机能在空中飞行。尾翼用来操纵飞机俯仰或偏转并保证飞机平稳的飞行。机身用来装载人员、物资和各种设备。起落架用于起飞、着陆滑跑和滑行以及停放时支撑飞机。动力装置用来产生推力或者拉力，是使飞机前进。

一、机身

机身是飞机的主要部分，机身呈现长筒形状，把机翼、尾翼和起落架连在一起，它的前头部分即机头，装置驾驶舱用来控制整个飞机，中部是客舱（载客分头等舱、商务舱、经济舱）和货运舱（用来装载货物、燃油及各种必需的设备）。机身后部则与尾翼相连。

机身的要求：一是要载人载物；二是要起到连接飞机其他部位的作用；三是在空气中受到的阻力必须尽量小。典型的机身是一个中间粗两端小的长筒。

飞机的机身还规定喷涂有国籍登记的标志。中国民用航空器国籍标志为“B”，登记标志位阿拉伯数字和罗马体大写字母或二者组合。国籍标志和登记标志之间有短线-连接。中国大陆地区航空器国籍标志和登记标志格式为B-XXXX（编号为四位数字）；香港澳门地区为B-XXX（编号为三位数字）；台湾地区为B-XXXXX（编号为五位数字）。

目前我国民航飞机登记标志编号如下：

0字头号段，滑翔机，如气球B-0005，“海燕”；

2字头号段，大型喷气运输机，如B-2456（波音系列如波音747、波音737、波音707等）；

3字头号段，小型喷气、螺旋桨式运输机，如B-3441，“运七”；

5字头号段，波音系列飞机（新增号段）波音737-800：B-5111；

6字头号段，空客系列飞机如空客319-100：B-6014；

7字头号段，旋翼机，固定翼小型飞机，如赛斯约：B-7900，贝尔212：B-7710；

8字头号段，农用飞机、固定翼公务机和教练机，如“湾流”IV：B-8080，运5：B-8001，TB200：B-8830；

9字头号段，一些小型固定翼飞机，飞艇和教练机，如B-9000，B-9003（飞艇）。

二、机翼

机翼除了提供升力外，还作为油箱和起落架的安放位置，机翼内部的空间除了安装机翼表面各种附加翼面的操纵装置外，主要部分是用来储存燃油的油箱，机翼上的燃油载量大约占全机燃油的1/4；机翼的主要功能是提供升力，支持飞机在空中的飞行，同时也起到一定的稳定和操纵作用。机翼还用来安放起落架舱。

机翼的部件：机翼上一般安装有副翼、襟翼和扰流板。

多翼机：为了增加机翼的面积，早期出现了多层机翼的飞机。但随着飞行速度提高，机翼可以产生更大的升力，多翼机就淘汰了。同样的速度下，双翼机的升力大于单翼机，而且安全性能也好。

机翼与机身在水平方向上形成一定的角度能有效减少飞行的阻力——后掠角，后掠翼。后掠翼不适用与速度低的飞机。速度越大，后掠角度越大。

机翼的形状：长方形、梯形、三角形。低速飞行的小型机，机翼多选择长方形；大型高速飞机普遍采用后掠的梯形机翼；超声速的客机采用三角翼。

机翼的安装位置：上单翼、中单翼、下单翼。

上单翼：机翼安装在机身上方，一般为运输机与水上飞机，此时，起落架安装在机身上，采用下反角安装。优点：视野范围广，机身距地面高度低便于上下飞机。缺点：发动机离地面高度较高，维修不方便。

中单翼：机翼安装在飞机的中部，机翼大梁把飞机隔成前后舱，使用不便，多用于军用飞机。

下单翼：机翼安装在机身下。优点：起落架容易安排；发动机维修方便；有助于屏蔽发动机噪音，提高舒适性；起降性能较好；机翼大梁在地板以下，容易安排客舱；力学结构简单。

机翼上的襟翼、副翼和扰流板：

襟翼：

襟翼的作用：襟翼是飞机的一种增升装置，被对称地安装在两侧机翼上。襟翼装在机翼后缘（有的也装在前缘），可向下偏转、向后（前）滑动，其基本效用是在飞行中增加升力。依据所安装部位和具体作用的不同，襟翼可分为后缘襟翼、前缘襟翼和开缝襟翼等。

襟翼作用的原理：襟翼打开向下弯曲后，改变了机翼下表面的弯曲程度，使机翼下方的空气流动受阻，流速变慢，同时，襟翼打开也使机翼面积变大，这两种因素同时作用的结果使升力加大。当然，襟翼打开时阻力也会增加。当飞机在起飞时，襟翼伸出的角度较小，主要起到增加升力的作用，缩短飞机在地面滑跑的距离;飞机起飞后及时收好襟翼，飞机阻力减小，速度提高，就能自由地在空中朝翔了；飞机在降落时，襟翼伸出的角度较大，可以使飞机的升力和阻力同时增大，以利于降低着陆速度，缩短落地滑跑的距离。因此，飞机在起飞和降落时，都要打开襟翼以增加低速飞行时飞机的升力。

副翼：

副翼的作用：副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可活动的翼面，为飞机的主操作舵面。飞行员操纵左右副翼改变翼弦长度，差动偏转所产生的滚转力矩使飞机绕纵轴做横滚机动。

扰流板：

除了副翼、襟翼外，在机翼的上表面还有很多活动的小翼面，这些小翼面被称为扰流板。飞机降落时它们被翻起以增加阻力，并且把机翼压向地面增加机轮与地面的摩擦力。

机翼中的油箱：

现在大型客机有70%的燃油是装在机翼中的。例如，波音747客机，仅机翼就可以装110t左右的燃油，相当于2节火车皮的载重量。

三、尾翼

    飞机尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和水平方向偏转，保证飞机能平稳飞行。所以尾翼是飞机必不可少的部分。

四、起落架

起落架是航空器下部用于起飞降落或地面(或水面)滑行时支撑航空器并用于地面(或水面)移动的附件装置。起落架是唯一一种支撑整架飞机的部件，因此它是飞机不可或缺的一部分，没有它，飞机便不能在地面移动。当飞机起飞后，可以视飞机性能而收回起落架。

起落架的构造：

减震器

收放系统：收放系统一般以液压作为正常收放动力源，以冷气、电力作为备用动力源。一般前起落架向前收入前机身，而某些重型运输机的前起落架是侧向收起的。主起落架收放形式大致可分为沿翼展方向收放和翼弦方向收放两种。收放位置锁用来把起落架锁定在收上和放下位置，以防止起落架在飞行中自动放下和受到撞击时自动收起。对于收放系统，一般都有位置指示和警告系统。同一架飞机，如果放出起落架的最高时速为170km/h，那么当它收起起落架时，速度可以提高到300km/h。大型客机降落时，如果提前5分钟放下起落架，就会多消耗1t的燃油。

机轮和刹车系统：注意飞机着陆时的刹车过程；还有刹车系统的另一个用途就是飞机停留试车。

    转弯系统