飛機設計需要哪些方面物理

1. 飛機飛行的基本原理是什麼，主要涉及哪些學科

一、飛行原理

飛機在空氣中運動時，是靠機翼產生升力使飛機離陸升空的。機翼升力是怎樣產生的呢？這首先得從氣流的基本原理談起。在日常生活中，有風的時候，我們會感到有空氣流過身體，特別涼爽；無風的時候，騎在自行車上也會有同樣的體會，這就是相對氣流的作用結果。滔滔江水，流經河道窄的地方時，水流速度就快；經過河道寬的地方時，水流變緩，流速較慢。空氣也是一樣，當它流過一根粗細不等的管子時，由於空氣在管子里是連續不斷地穩定流動，在空氣密度不變的情況下，單位時間內從管道粗的一端流進多少，從細的一端就要流出多少。因此空氣通過管道細的地方時，必須加速流動，才能保證流量相同。由此我們得出了流動空氣的特性：流管細流速快；流管粗流速慢。這就是氣流連續性原理。
實踐證明，空氣流動的速度變化後，還會引起壓力變化。當流體穩定流過一個管道時，流速快的地方壓力小。流速慢的地方壓力大。
飛機在向前運動時，空氣流到機翼前緣，分為上下兩股，流過機翼上表現的流線，受到凸起的影響，使流線收斂變密，流管（把兩條臨近的流線看成管子的管壁）變細；而流過下表面的流線也受凸起的影響，但下表面的凸起程度明顯小於上表面，所以，相對於上表面來說流線較疏鬆，流管較粗。由於機翼上表面流管變細，流速加快，壓力較小，而下表面流管粗，流速慢，壓力較大。這樣在機翼上、下表面出現了壓力差。這個作用在機翼各切面上的壓力差的總和便是機翼的升力（見圖）。其方向與相對氣流方向垂直；其大小主要受飛行速度、迎角（翼弦與相對氣流方向之間的夾角）、空氣密度、機翼切面形狀和機翼面積等因素的影響。當然，飛機的機身、水平尾翼等部位也能產生部分升力，但機翼升力是飛機升空的主要升力源。飛機之所以能起飛落地，主要是通過改變其升力的大小而實現的。這就是飛機能離陸升空並在空中飛行的奧秘。

二、飛機的主要組成部隊及其功用

自從世界上出現飛機以來，飛機的結構形式雖然在不斷改進，飛機類型不斷增多，但到目前為止，除了極少數特殊形式的飛機之外，大多數飛機都是由下面六個主要部分組成，即：機翼、機身、尾翼、起落裝置、操縱系統和動力裝置。它們各有其獨特的功用。

（一）機身

機身主要用來裝載人員、貨物、燃油、武器和機載設備，並通過它將機翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體。在輕型飛機和殲擊機、強擊機上，還常將發動機裝在機身內。

（二）機翼

機翼是飛機上用來產生升力的主要部件，一般分為左右兩個翼面。
機翼通常有平直翼、後掠翼、三角翼等。機翼前後緣都保持基本平直的稱平直翼，機翼前緣和後緣都向後掠稱後掠翼，機翼平面形狀成三角形的稱三角翼，前一種適用於低速飛機，後兩種適用於高速飛機。近來先進飛機還採用了邊條機翼、前掠機翼等平面形狀。
左右機翼後緣各設一個副翼，飛行員利用副翼進行滾轉操縱。即飛行員向左壓桿時，左機翼上的副翼向上偏轉，左機翼升力下降；右機翼上的副翼下偏，右機翼升力增加，在兩個機翼升力差作用下飛機向左滾轉。為了降低起飛離地速度和著陸接地速度，縮短起飛和著陸滑跑距離，左右機翼後緣還裝有襟翼。襟翼平時處於收上位置，起飛著陸時放下。
飛機的機翼的變化
在飛機誕生之初，機翼的形狀千奇百怪，有的像鳥的翅膀，有的像蝙蝠的黑翼，有的像昆蟲的翅膀；有的是單機翼，有的是雙機翼。到第二次世界大戰時，雖然絕大多數飛機"統一）到單機翼上來，但單機翼的位置又有上單機翼、中單機翼和下單機翼之分，其形狀有平直機翼、後掠機翼、三角機翼、梯形機翼、變後掠角機翼和前掠角機翼之別。

（三）尾翼

尾翼分垂直尾翼和水平尾翼兩部分。
1．垂直尾翼
垂直尾翼垂直安裝在機身尾部，主要功能為保持飛機的方向平衡和操縱。
通常垂直尾翼後緣設有方向舵。飛行員利用方向舵進行方向操縱。當飛行員右蹬舵時，方向舵右偏，相對氣流吹在垂尾上，使垂尾產生一個向左的側力，此側力相對於飛機重心產生一個使飛機機頭右偏的力矩，從而使機頭右偏。同樣，蹬左舵時，方向舵左偏，機頭左偏。某些高速飛機，沒有獨立的方向舵，整個垂尾跟著腳蹬操縱而偏轉，稱為全動垂尾。
2．水平尾翼
水平尾翼水平安裝在機身尾部，主要功能為保持俯仰平衡和俯仰操縱。低速飛機水平尾翼前段為水平安定面，是不可操縱的，其後緣設有升降舵，飛行員利用升降舵進行俯仰操縱。即飛行員拉桿時，升降舵上偏，相對氣流吹向水平尾翼時，水平尾翼產生附加的負升力（向下的升力），此力對飛機重心產生一個使機頭上仰的力矩，從而使飛機抬頭。同樣飛行員推桿時升降舵下偏，飛機低頭。
超音速飛機採用全動平尾，即將水平安定面與升降舵合為一體。飛行員推拉桿時整個水平尾翼都隨之偏轉。飛行員用全動平尾來進行俯仰操縱。其操縱原理與升降舵相同。
某些高速飛機為了提高滾轉性能，在左、右壓桿時，左、右平尾反向偏轉，以產生附加的滾轉力矩，這種平尾稱為差動平尾。
有些飛機的水平尾翼放在機翼前邊，這種飛機叫鴨式飛機。這時放在機翼前面的水平尾翼稱為鴨翼或前翼。也有一部分飛機沒有水平尾翼，這種飛機稱為無尾飛機。
現在有些飛機還採用了三翼面的布局方法，也就是說既有機翼前面的前翼，也有機翼後面的水平尾翼。

（四）起落裝置

起落裝置的功用是使飛機在地面或水面進行起飛、著陸、滑行和停放。著陸時還通過起落裝置吸收撞擊能量，改善著陸性能。
早期陸上飛機起落裝置比較簡單，只有三個起落架，而且在空中不能收起，飛行阻力大。現代的陸上飛機起落裝置包含起落架和改善起落性能的裝置兩部分，且起落架在起飛後即可收起，以減少飛行阻力。改善起落性能的裝置主要有起飛加速器、機輪剎車、減速傘等。
水上飛機的起落架由浮筒代替機輪。

（五）操縱系統（飛行控制系統）

飛機操縱系統是指從座艙中飛行員駕駛桿（盤）到水平尾翼、副翼、方向舵等操縱面，用來傳遞飛行員操縱指令，改變飛行狀態的整個系統。早期的操縱系統是由拉桿、搖臂（或鋼索）組成的純機械操縱系統。現代飛機在操縱系統中採用了很多自動控制裝置，因而，通常把它稱為飛行控制系統。

（六）動力裝置

飛機動力裝置是用來產生拉力（螺旋槳飛機）或推力（噴氣式飛機），使飛機前進的裝置。採用推力矢量的動力裝置，還可用來進行機動飛行。現代的軍用飛機多數為噴氣式飛機。
噴氣式飛機的動力裝置主要分為渦輪噴氣發動機和渦輪風扇發動機兩類。

三、飛機的操縱方式

千變萬化的飛行動作都是在飛行員以桿、舵、油門為主的操縱下完成的。主要有俯仰操縱、橫側操縱和方向操縱。

（一）俯仰轉動

俯仰轉動是通過飛行員前推或後拉駕駛桿，從而使升降舵面上偏或下偏來實現的。如飛行員向後拉桿時，升降舵上偏，相對氣流作用在升降舵面上，使整個水平尾翼產生一個向下的附加力，對飛機重心構成一個使機頭上仰的操縱力矩，在這個力矩的作用下，飛機繞橫軸做上仰運動。
當飛行員向前推桿時，升降舵向下偏轉，相對氣流作用在升降面上，在水平尾翼上產生一個向上的附加力，對飛機重心構成了使機頭下俯的操縱力矩，飛機便繞橫軸做下俯運動。

（二）橫側轉動

橫側轉動是通過飛行員在左右壓桿，使左右機翼上的副翼發生偏轉來實現的。如飛行員向左壓桿，左副翼上偏，右副翼下偏。相對氣流作用在左右副翼上，使左機翼產生向下的附加力，右機翼產生向上的附加力，對飛機重心構成左滾力矩，飛機便繞縱軸向左滾轉。相反，如果飛行員向右壓桿，飛機右副翼上偏，左副翼下偏，對飛機重心構成右滾力矩，飛機便向右滾轉。

（三）方向偏轉

方向偏轉是通過飛行員左、右蹬舵，使垂直尾翼上的方向舵左、右偏轉來實現的。如飛行員蹬左舵，方向舵左偏，相對氣流作用在方向舵面上，使垂直尾翼上產生一個向右的側力，對飛機重心構成了一個使機頭左偏的方向操縱力矩，飛機向左發生偏轉同樣，飛行員蹬右舵，機頭就會向右偏轉。
當然，飛行員在做飛行動作時，不僅在於進行某種單一的操縱，而是幾種操縱同時進行的。如做特技飛行中的急上升轉彎（戰斗轉彎）的動作時，飛行員不但要加油門向後拉桿，增加仰角，還要壓桿增大坡度，同時還要蹬舵消除內側滑，使飛機繞三軸同時轉動。可見，飛行遠遠不象我們看到的"自由翱翔"那麼簡單，飛機所呈現出的各種簡單與復雜的飛行狀態，都出自飛行員靈巧的雙手和雙腳。

四、飛行的基本狀態和復雜的特技動作

（一）基本狀態

1．平飛：是最基本的飛行動作，通常是指飛機在等高、等速的條件下做水平直線飛行。這時，飛機的升力（Y）與重力（G）平衡，拉力（P）與阻力（X）平衡，即：Y=G、P=X。當然，還有加速平飛和減速平飛，所不同的是：加速平飛時P＞X，而減速平飛時P＜X。
2．上升：飛機沿一條傾斜向上的軌跡所做的飛行（爬高）。上升軌跡與水平面的夾角稱上升角。上升分等速和變速上升。
3．下滑：飛機沿向下的傾斜軌跡所做的飛行稱下滑。下滑軌跡與水平面之間的夾角，叫下滑角。下滑分加速下滑（迅速下降高度）、減速下滑（著陸階段）和等速下滑。
4．側滑：飛機對稱面與相對氣流方向不一致的飛行稱側滑。飛行中，飛行員只蹬舵，不壓桿，或只壓桿不蹬舵，都會使飛機產生側滑。相對氣流與飛機對稱面之間的夾角叫側滑角。
這是幾種最基本的飛行狀態，飛行學員在最初的"起落航線"階段就會遇到。

（二）起落航線飛行

所謂起落航線飛行，就是在機場上空周圍按規定的高度、速度和預定的轉彎點組成五邊（或四邊）航線進行起飛著陸的飛行。要求飛行員在有限的時間內，完成觀察座艙內外的各種信息變化，並及時操縱以保持正確數據；目測判斷和修正飛機的狀態、飛行高度、速度及前後機距離；完成收放起落架和襟翼動作等。分起飛上升、航線建立和下滑目測著陸等階段。
1．起飛：是指飛機從開始滑跑到離陸並上升到一定的高度（通常為25米）和達到一定速度的過程。正常起飛分三點滑跑、兩點滑跑、離陸、小角度上升和上升5個階段（圖1-27）。高速飛機由於發動機功率大，離陸後可不經過小角度上升而直接進入上升階段。
2．著陸：是指飛機從一定的高度下滑並降落於跑道，直到停止滑跑，脫離跑道（滑出跑道）的過程。通常分為下滑、拉開始、拉平、平飄、接地和著陸滑跑6個階段。一般飛機的著陸速度比起飛離陸速度大，為了縮短著陸滑跑矩離，高速飛機落地時除了使用剎車減速裝置外，還使用著陸減速傘，作用在於縮短滑跑距離。

（三）特技飛行

飛行員操縱飛機按一定的動作形式和軌跡做高度、速度、方向和狀態不斷變化的飛行叫特技飛行。它是殲擊機飛行員的必修課目。是充分發揮飛機性能，利用各種飛行動作進行空中機動以有效地攻擊敵方並避開敵方攻擊的重要手段。
特技有簡單特技、復雜特技和高級特技之分。簡單特技主要動作有：盤旋、俯沖、橫滾、躍升、急上升轉彎等。復雜特技有：最大允許坡度盤旋（大坡度盤旋）、半滾倒轉、斤斗、半斤斗翻轉、斜斤斗等（圖1-30）。高級特技有：上下橫"8"字、豎"8"字、草花形斤斗、雙上升轉彎、上升橫滾、躍升盤旋、翻轉橫滾、多次上升橫滾和多次下滑橫滾等。

（四）超機動能力

超機動能力是從1989年蘇-27戰斗機表演了"眼鏡蛇"機動動作後開始出現的飛行新概念，這是一個全新的、非常規的機動動作。"眼鏡蛇"機動簡單的說是一個低速、大迎角機動，飛機能夠在2.5秒之內使俯仰角變化90度到100度。而且在整套動作中飛機沒有任何失控趨勢的動作。"眼鏡蛇"機動說明，蘇-27已具有很好的上仰操縱能力，動、靜態橫側穩定性和操縱性，以及良好的下俯控制能力。由於蘇-27的良好飛行性能，使它成為公認的第三代超音速戰斗機的優秀代表，與美國的F-16和F-15並駕齊驅。
繼蘇-27之後，蘇霍伊飛機設計局又推出蘇-37戰斗機。蘇-37是在蘇-27M戰斗機基礎上發展的型號,其外形與蘇-27很相似。該機不僅能夠作"眼鏡蛇"機動，而且還可以在"眼鏡蛇"機動動作後接一個360度的滾轉、尾沖，在垂直平面內作360度轉向的圓形機動，高速盤旋時可以大角度攻擊目標，甚至可以在大迎角情況下以接近零速的狀態下飛行。因此，蘇-37被稱為當今超機動性或超高機動性戰斗機。
蘇-37為什麼有這么好的機動特性，主要是因為它裝備了一種功能獨特的動力裝置，即兩台AL-37FU渦輪風扇發動機。這種發動機不但推重比大，可為戰斗機提供強勁的飛行動力，而且採用了先進的轉向噴口設計，使飛機具有推力矢量控制能力，可實現超常的高難度機動飛行。超機動能力是對戰斗機機動性能提出的新的更高的要求，但是有些非常規機動的實用價值如何，目前還較大爭議。

2. 飛機設計涉及的專業知識

涉及很多知識，最基本最基礎的當然是數學，物理了，往具體的說就有空氣動力學，結構力學，材料力學，機械設計，自動控制原理，飛機飛行性能，飛機的穩定與控制，材料科學，電工與電子技術，計算機，cad制圖機械原理、機械設計、航空工程材料、金屬塑性成形原理、模具設計與製造、飛機零件加工與成形工藝等等等還有很多想不起來了

3. 飛機中運用了什麼物理知識

飛機在動力方面運用了，力的作用是相互，飛機翼中運用了，壓強與流速的知識。因為在流體中，流速越大壓強越小，飛機的機翼形狀是上凸下平的，在飛行過程中，機翼上部氣體流速比下部快，壓強變小給飛機一個向上的升力所以飛機就升空了小

4. 飛機外形是根據什麼原理設計的

從20世紀初開始，飛機的軍用意義已廣泛引起各個國家的關注。在20～30年代，飛機從雙翼機到張臂式單翼機，從木結構到全金屬結構，從敞開式座艙到密閉式座艙，從固定式起落架到收放式起落架，飛機外形結構和氣動布局已經發生了革新性變化。二次世界大戰期間，參戰飛機數量猛增，性能迅速提高，軍用航空顯然已對戰爭局勢具有舉足輕重的影響。戰後，航空科學技術迅速地發展，特別表現在飛機空氣動力外形的改進上。所謂空氣動力外形，就是應用空氣動力學原理來設計飛機外形，使得它的升力高，阻力小，穩定性、操縱性好。比如，機身盡可能呈流線型，減少突起物，以此來減小阻力。機翼的形狀和配置也相當講究。低速飛機通常用長方形或梯形翼。當飛機飛行速度到達聲速附近或超過聲速以後，就要採用像燕子翅膀似的後掠機翼。超聲速戰斗機或轟炸機的機翼可採用三角形的平面形狀。飛機的飛行速度從低速到高速發展，與機翼從直機翼到後掠翼、三角翼、邊條翼這些飛機氣動構形的不斷地演變密切相關。可我們的力學家為了這些氣動外形的演進，不知付出了多少心血。世界各國的空氣動力學研究機構都投入相當大的人力、物力，致力於飛機機翼翼型的理論分析和風洞實驗研究。翼型指的是機翼橫切剖面形狀。剖面形狀是影響機翼升力的重要因素。在飛機誕生的初期，飛行的主要矛盾是如何克服飛機的重力，使飛機離地升空。實踐已經表明，採用大翼面積、大彎度剖面的機翼，克服重力而升空不成問題。當飛機速度不斷提高，特別是超聲速飛機出現後，推動飛機前進的力與空氣阻力的矛盾就更加突出了。因此，必須找到能進一步大大減小阻力的機翼形狀，才能滿足飛機提速後的需要。1947年便出現首架超聲速飛機，「聲障」很快成為了一個歷史名詞。隨著空氣動力學、結構力學和材料科學的進展，飛機飛行突破聲障之後，飛行速度接著又達到聲速的2～3倍，進入了超聲速飛行時代。

所有通過大氣層的飛行器，都要利用理論計算和風洞實驗來確定它們的空氣動力外形和空氣動力特性。實驗家努力發展從亞跨聲速到高超聲速速度范圍配套的風洞實驗設備，並利用新的觀測、顯示、信息處理手段，揭示新的流動現象，為飛行器設計師更快的提供更多、更精確的氣動力數據。理論家根據空氣動力學的原理和各種理論，努力把實驗揭示出的流動現象就其最典型的簡化形態概括成數學模型。主要依靠數學分析的方法，研究流動現象中各種物理量之間的關系和變化以及這種關系和變化對飛行器性能的影響，盡可能獲得有利的流動，避開不利的流動。經過反反復復研究變化中的變化，關系中的關系，才能對流動的物理實質和主要矛盾作出合理的解釋和預測，以便把握新的流動規律，創造出飛行器新的設計思想、設計概念和設計方法。計算家則在已建立的數學模型指引下，利用當代最先進的電子計算機，致力於發展新的演算法和軟體，模擬更復雜的飛行器外形和流動現象。這些復雜的流動現象，是航空航天工程應用必然遇到和必須解決的。亞聲速、跨聲速(指0.75～1.2倍聲速范圍)和超聲速(指1.2～5倍聲速范圍)空氣動力學的發展，才使得後掠翼、小展弦比細長翼和三角翼氣動布局在飛機設計中成功地應用，促使了第一代超聲速戰斗機和旅客機的誕生。1954年問世的F102蜂腰形超聲速戰斗機就是其中第一代戰斗機的代表。

5. 如果以後想從事飛機製造方面的工作，是不是要學好物理

當然是物理，飛機製造包括的電子學科、材料學科、力學等各方面，這些都是以物理知識為基礎的。當然，數學也很重要，因為以上很多學科都得用到數學方面的知識的，相輔相成的

6. 請問飛機是根據什麼原理設計的和鳥類有關系嗎

這架飛機源自萊特兄弟的飛行一號。他們學習鳥類的飛行姿勢，整合了自行車的機械原理，他們還自行製作了風洞設備，並進行了大量實驗，以收集比前人更多、更准確的數據，從而設計出更高效的螺旋槳和機翼。Bird是一種根據數學原理操作的工具。

液體洗漱用品是登記的，鋰電池不能登記。你必須隨身攜帶，否則你必須打開箱子才能拿到電池。不要帶違禁品和隱藏打火機。機場的X光機功能非常強大，被抓到的後果非常嚴重。不允許在飛機上使用電源組。有很多電力銀行火災的案例，所以不要走運，聽從機組人員的指揮，因為這也關繫到你自己的安全。如果飛機上有紅色標志，如緊急門窗、救生衣和其他應急設備，請勿移動。只是知道如何使用它們。如果你移動緊急門，你可能會損失超過10萬元，並被拘留。

7. 一般說到的基本力學原理一般指什麼就拿牛頓經典力學來說 涉及到飛機設計的呢

普通物理連同高中物理一共只包含三個物理學原理
1.最小作用量原理
2.對稱性與守恆原理
3.光速不變原理
如果說是力學原理的話,應該是第一個,因為從最小作用量原理可以導出整個牛頓力學全部內容.最小作用量原理在光學中的表現形式就是費馬原理.
最後說明一下,物理原理是比物理定律具有更高抽象性的,更為普適的,放之四海皆準的理論.

8. 航空發動設計製造中力學主要承擔什麼作用

計算結構的傳遞函數或模態參數。

物理學上有很多不同的穩定平面場，所謂場就是每點對應有物理量的一個區域，對它們的計算就是通過復變函數來解決的。比如俄國的茹柯夫斯基在設計飛機的時候，就用復變函數論解決了飛機機翼的結構問題，他在運用復變函數論解決流體力學和航空力學方面的問題上也做出了貢獻。

復變函數論主要包括單值解析函數理論、黎曼曲面理論、幾何函數論、留數理論、廣義解析函數等方面的內容。如果當函數的變數取某一定值的時候，函數就有一個唯一確定的值，那麼這個函數解就叫做單值解析函數，多項式就是這樣的函數。

(8)飛機設計需要哪些方面物理擴展閱讀：

發展歷史

1、復變函數論產生於十八世紀。1774年，歐拉在他的一篇論文中考慮了由復變函數的積分導出的兩個方程。而比他更早時，法國數學家達朗貝爾在他的關於流體力學的論文中，就已經得到了它們。因此，後來人們提到這兩個方程，把它們叫做「達朗貝爾-歐拉方程」。

2、到了十九世紀，上述兩個方程在柯西和黎曼研究流體力學時，作了更詳細的研究，所以這兩個方程也被叫做「柯西-黎曼條件」。

3、為復變函數論的創建做了最早期工作的是歐拉、達朗貝爾，法國的拉普拉斯也隨後研究過復變函數的積分，他們都是創建這門學科的先驅。後來為這門學科的發展作了大量奠基工作的要算是柯西、黎曼和德國數學家維爾斯特拉斯了。

9. 飛機流線型設計的原理物理

主要是由機翼和機身產生的升力將飛機「托」到空中,發動機的推力使飛機往前飛.
升力的原理：
機翼是設計為適合飛行的具有固定「翼型」的.從機翼前緣到後緣,機翼的上表面呈突起狀,下表面較為平坦.
氣流流過機翼時,被機翼分成上下兩股,而在機翼的後緣重新匯合向後流去.因機翼上表面設計成有突起,上表面氣流流管比較細,所以速度快、壓力小；而下表面氣流流管粗,速度慢,壓力大,這就在機翼的上下表面產生壓力差.（也可以通俗的理解為空氣流過機翼上表面的路程較遠,但在機翼後方又要與流過下表面的氣流匯合,即上下表面氣流流過機翼的時間相等,那麼自然上表面的空氣流速大,壓力小）.這個壓力差就為飛機提供升力.升力使飛機在空中飛成為可能.
當飛機的速度足夠快,使機翼的相對氣流大到能在飛機的表面形成足夠的壓力差,不小於飛機的重力,飛機就可以起飛了.
關於飛機能飛的原理其實跟風箏能飛是一個道理,具體的理論可以從《空氣動力學》中學到,《空氣動力學》是航空專業的一門專業基礎課.

10. 設計一個飛機的外形設計到了哪些學科

材料力學，流體力學，材料學，工業設計方面的美術