飞机设计需要哪些方面物理

1. 飞机飞行的基本原理是什么，主要涉及哪些学科

一、飞行原理

飞机在空气中运动时，是靠机翼产生升力使飞机离陆升空的。机翼升力是怎样产生的呢？这首先得从气流的基本原理谈起。在日常生活中，有风的时候，我们会感到有空气流过身体，特别凉爽；无风的时候，骑在自行车上也会有同样的体会，这就是相对气流的作用结果。滔滔江水，流经河道窄的地方时，水流速度就快；经过河道宽的地方时，水流变缓，流速较慢。空气也是一样，当它流过一根粗细不等的管子时，由于空气在管子里是连续不断地稳定流动，在空气密度不变的情况下，单位时间内从管道粗的一端流进多少，从细的一端就要流出多少。因此空气通过管道细的地方时，必须加速流动，才能保证流量相同。由此我们得出了流动空气的特性：流管细流速快；流管粗流速慢。这就是气流连续性原理。
实践证明，空气流动的速度变化后，还会引起压力变化。当流体稳定流过一个管道时，流速快的地方压力小。流速慢的地方压力大。
飞机在向前运动时，空气流到机翼前缘，分为上下两股，流过机翼上表现的流线，受到凸起的影响，使流线收敛变密，流管（把两条临近的流线看成管子的管壁）变细；而流过下表面的流线也受凸起的影响，但下表面的凸起程度明显小于上表面，所以，相对于上表面来说流线较疏松，流管较粗。由于机翼上表面流管变细，流速加快，压力较小，而下表面流管粗，流速慢，压力较大。这样在机翼上、下表面出现了压力差。这个作用在机翼各切面上的压力差的总和便是机翼的升力（见图）。其方向与相对气流方向垂直；其大小主要受飞行速度、迎角（翼弦与相对气流方向之间的夹角）、空气密度、机翼切面形状和机翼面积等因素的影响。当然，飞机的机身、水平尾翼等部位也能产生部分升力，但机翼升力是飞机升空的主要升力源。飞机之所以能起飞落地，主要是通过改变其升力的大小而实现的。这就是飞机能离陆升空并在空中飞行的奥秘。

二、飞机的主要组成部队及其功用

自从世界上出现飞机以来，飞机的结构形式虽然在不断改进，飞机类型不断增多，但到目前为止，除了极少数特殊形式的飞机之外，大多数飞机都是由下面六个主要部分组成，即：机翼、机身、尾翼、起落装置、操纵系统和动力装置。它们各有其独特的功用。

（一）机身

机身主要用来装载人员、货物、燃油、武器和机载设备，并通过它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。在轻型飞机和歼击机、强击机上，还常将发动机装在机身内。

（二）机翼

机翼是飞机上用来产生升力的主要部件，一般分为左右两个翼面。
机翼通常有平直翼、后掠翼、三角翼等。机翼前后缘都保持基本平直的称平直翼，机翼前缘和后缘都向后掠称后掠翼，机翼平面形状成三角形的称三角翼，前一种适用于低速飞机，后两种适用于高速飞机。近来先进飞机还采用了边条机翼、前掠机翼等平面形状。
左右机翼后缘各设一个副翼，飞行员利用副翼进行滚转操纵。即飞行员向左压杆时，左机翼上的副翼向上偏转，左机翼升力下降；右机翼上的副翼下偏，右机翼升力增加，在两个机翼升力差作用下飞机向左滚转。为了降低起飞离地速度和着陆接地速度，缩短起飞和着陆滑跑距离，左右机翼后缘还装有襟翼。襟翼平时处于收上位置，起飞着陆时放下。
飞机的机翼的变化
在飞机诞生之初，机翼的形状千奇百怪，有的像鸟的翅膀，有的像蝙蝠的黑翼，有的像昆虫的翅膀；有的是单机翼，有的是双机翼。到第二次世界大战时，虽然绝大多数飞机"统一）到单机翼上来，但单机翼的位置又有上单机翼、中单机翼和下单机翼之分，其形状有平直机翼、后掠机翼、三角机翼、梯形机翼、变后掠角机翼和前掠角机翼之别。

（三）尾翼

尾翼分垂直尾翼和水平尾翼两部分。
1．垂直尾翼
垂直尾翼垂直安装在机身尾部，主要功能为保持飞机的方向平衡和操纵。
通常垂直尾翼后缘设有方向舵。飞行员利用方向舵进行方向操纵。当飞行员右蹬舵时，方向舵右偏，相对气流吹在垂尾上，使垂尾产生一个向左的侧力，此侧力相对于飞机重心产生一个使飞机机头右偏的力矩，从而使机头右偏。同样，蹬左舵时，方向舵左偏，机头左偏。某些高速飞机，没有独立的方向舵，整个垂尾跟着脚蹬操纵而偏转，称为全动垂尾。
2．水平尾翼
水平尾翼水平安装在机身尾部，主要功能为保持俯仰平衡和俯仰操纵。低速飞机水平尾翼前段为水平安定面，是不可操纵的，其后缘设有升降舵，飞行员利用升降舵进行俯仰操纵。即飞行员拉杆时，升降舵上偏，相对气流吹向水平尾翼时，水平尾翼产生附加的负升力（向下的升力），此力对飞机重心产生一个使机头上仰的力矩，从而使飞机抬头。同样飞行员推杆时升降舵下偏，飞机低头。
超音速飞机采用全动平尾，即将水平安定面与升降舵合为一体。飞行员推拉杆时整个水平尾翼都随之偏转。飞行员用全动平尾来进行俯仰操纵。其操纵原理与升降舵相同。
某些高速飞机为了提高滚转性能，在左、右压杆时，左、右平尾反向偏转，以产生附加的滚转力矩，这种平尾称为差动平尾。
有些飞机的水平尾翼放在机翼前边，这种飞机叫鸭式飞机。这时放在机翼前面的水平尾翼称为鸭翼或前翼。也有一部分飞机没有水平尾翼，这种飞机称为无尾飞机。
现在有些飞机还采用了三翼面的布局方法，也就是说既有机翼前面的前翼，也有机翼后面的水平尾翼。

（四）起落装置

起落装置的功用是使飞机在地面或水面进行起飞、着陆、滑行和停放。着陆时还通过起落装置吸收撞击能量，改善着陆性能。
早期陆上飞机起落装置比较简单，只有三个起落架，而且在空中不能收起，飞行阻力大。现代的陆上飞机起落装置包含起落架和改善起落性能的装置两部分，且起落架在起飞后即可收起，以减少飞行阻力。改善起落性能的装置主要有起飞加速器、机轮刹车、减速伞等。
水上飞机的起落架由浮筒代替机轮。

（五）操纵系统（飞行控制系统）

飞机操纵系统是指从座舱中飞行员驾驶杆（盘）到水平尾翼、副翼、方向舵等操纵面，用来传递飞行员操纵指令，改变飞行状态的整个系统。早期的操纵系统是由拉杆、摇臂（或钢索）组成的纯机械操纵系统。现代飞机在操纵系统中采用了很多自动控制装置，因而，通常把它称为飞行控制系统。

（六）动力装置

飞机动力装置是用来产生拉力（螺旋桨飞机）或推力（喷气式飞机），使飞机前进的装置。采用推力矢量的动力装置，还可用来进行机动飞行。现代的军用飞机多数为喷气式飞机。
喷气式飞机的动力装置主要分为涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机两类。

三、飞机的操纵方式

千变万化的飞行动作都是在飞行员以杆、舵、油门为主的操纵下完成的。主要有俯仰操纵、横侧操纵和方向操纵。

（一）俯仰转动

俯仰转动是通过飞行员前推或后拉驾驶杆，从而使升降舵面上偏或下偏来实现的。如飞行员向后拉杆时，升降舵上偏，相对气流作用在升降舵面上，使整个水平尾翼产生一个向下的附加力，对飞机重心构成一个使机头上仰的操纵力矩，在这个力矩的作用下，飞机绕横轴做上仰运动。
当飞行员向前推杆时，升降舵向下偏转，相对气流作用在升降面上，在水平尾翼上产生一个向上的附加力，对飞机重心构成了使机头下俯的操纵力矩，飞机便绕横轴做下俯运动。

（二）横侧转动

横侧转动是通过飞行员在左右压杆，使左右机翼上的副翼发生偏转来实现的。如飞行员向左压杆，左副翼上偏，右副翼下偏。相对气流作用在左右副翼上，使左机翼产生向下的附加力，右机翼产生向上的附加力，对飞机重心构成左滚力矩，飞机便绕纵轴向左滚转。相反，如果飞行员向右压杆，飞机右副翼上偏，左副翼下偏，对飞机重心构成右滚力矩，飞机便向右滚转。

（三）方向偏转

方向偏转是通过飞行员左、右蹬舵，使垂直尾翼上的方向舵左、右偏转来实现的。如飞行员蹬左舵，方向舵左偏，相对气流作用在方向舵面上，使垂直尾翼上产生一个向右的侧力，对飞机重心构成了一个使机头左偏的方向操纵力矩，飞机向左发生偏转同样，飞行员蹬右舵，机头就会向右偏转。
当然，飞行员在做飞行动作时，不仅在于进行某种单一的操纵，而是几种操纵同时进行的。如做特技飞行中的急上升转弯（战斗转弯）的动作时，飞行员不但要加油门向后拉杆，增加仰角，还要压杆增大坡度，同时还要蹬舵消除内侧滑，使飞机绕三轴同时转动。可见，飞行远远不象我们看到的"自由翱翔"那么简单，飞机所呈现出的各种简单与复杂的飞行状态，都出自飞行员灵巧的双手和双脚。

四、飞行的基本状态和复杂的特技动作

（一）基本状态

1．平飞：是最基本的飞行动作，通常是指飞机在等高、等速的条件下做水平直线飞行。这时，飞机的升力（Y）与重力（G）平衡，拉力（P）与阻力（X）平衡，即：Y=G、P=X。当然，还有加速平飞和减速平飞，所不同的是：加速平飞时P＞X，而减速平飞时P＜X。
2．上升：飞机沿一条倾斜向上的轨迹所做的飞行（爬高）。上升轨迹与水平面的夹角称上升角。上升分等速和变速上升。
3．下滑：飞机沿向下的倾斜轨迹所做的飞行称下滑。下滑轨迹与水平面之间的夹角，叫下滑角。下滑分加速下滑（迅速下降高度）、减速下滑（着陆阶段）和等速下滑。
4．侧滑：飞机对称面与相对气流方向不一致的飞行称侧滑。飞行中，飞行员只蹬舵，不压杆，或只压杆不蹬舵，都会使飞机产生侧滑。相对气流与飞机对称面之间的夹角叫侧滑角。
这是几种最基本的飞行状态，飞行学员在最初的"起落航线"阶段就会遇到。

（二）起落航线飞行

所谓起落航线飞行，就是在机场上空周围按规定的高度、速度和预定的转弯点组成五边（或四边）航线进行起飞着陆的飞行。要求飞行员在有限的时间内，完成观察座舱内外的各种信息变化，并及时操纵以保持正确数据；目测判断和修正飞机的状态、飞行高度、速度及前后机距离；完成收放起落架和襟翼动作等。分起飞上升、航线建立和下滑目测着陆等阶段。
1．起飞：是指飞机从开始滑跑到离陆并上升到一定的高度（通常为25米）和达到一定速度的过程。正常起飞分三点滑跑、两点滑跑、离陆、小角度上升和上升5个阶段（图1-27）。高速飞机由于发动机功率大，离陆后可不经过小角度上升而直接进入上升阶段。
2．着陆：是指飞机从一定的高度下滑并降落于跑道，直到停止滑跑，脱离跑道（滑出跑道）的过程。通常分为下滑、拉开始、拉平、平飘、接地和着陆滑跑6个阶段。一般飞机的着陆速度比起飞离陆速度大，为了缩短着陆滑跑矩离，高速飞机落地时除了使用刹车减速装置外，还使用着陆减速伞，作用在于缩短滑跑距离。

（三）特技飞行

飞行员操纵飞机按一定的动作形式和轨迹做高度、速度、方向和状态不断变化的飞行叫特技飞行。它是歼击机飞行员的必修课目。是充分发挥飞机性能，利用各种飞行动作进行空中机动以有效地攻击敌方并避开敌方攻击的重要手段。
特技有简单特技、复杂特技和高级特技之分。简单特技主要动作有：盘旋、俯冲、横滚、跃升、急上升转弯等。复杂特技有：最大允许坡度盘旋（大坡度盘旋）、半滚倒转、斤斗、半斤斗翻转、斜斤斗等（图1-30）。高级特技有：上下横"8"字、竖"8"字、草花形斤斗、双上升转弯、上升横滚、跃升盘旋、翻转横滚、多次上升横滚和多次下滑横滚等。

（四）超机动能力

超机动能力是从1989年苏-27战斗机表演了"眼镜蛇"机动动作后开始出现的飞行新概念，这是一个全新的、非常规的机动动作。"眼镜蛇"机动简单的说是一个低速、大迎角机动，飞机能够在2.5秒之内使俯仰角变化90度到100度。而且在整套动作中飞机没有任何失控趋势的动作。"眼镜蛇"机动说明，苏-27已具有很好的上仰操纵能力，动、静态横侧稳定性和操纵性，以及良好的下俯控制能力。由于苏-27的良好飞行性能，使它成为公认的第三代超音速战斗机的优秀代表，与美国的F-16和F-15并驾齐驱。
继苏-27之后，苏霍伊飞机设计局又推出苏-37战斗机。苏-37是在苏-27M战斗机基础上发展的型号,其外形与苏-27很相似。该机不仅能够作"眼镜蛇"机动，而且还可以在"眼镜蛇"机动动作后接一个360度的滚转、尾冲，在垂直平面内作360度转向的圆形机动，高速盘旋时可以大角度攻击目标，甚至可以在大迎角情况下以接近零速的状态下飞行。因此，苏-37被称为当今超机动性或超高机动性战斗机。
苏-37为什么有这么好的机动特性，主要是因为它装备了一种功能独特的动力装置，即两台AL-37FU涡轮风扇发动机。这种发动机不但推重比大，可为战斗机提供强劲的飞行动力，而且采用了先进的转向喷口设计，使飞机具有推力矢量控制能力，可实现超常的高难度机动飞行。超机动能力是对战斗机机动性能提出的新的更高的要求，但是有些非常规机动的实用价值如何，目前还较大争议。

2. 飞机设计涉及的专业知识

涉及很多知识，最基本最基础的当然是数学，物理了，往具体的说就有空气动力学，结构力学，材料力学，机械设计，自动控制原理，飞机飞行性能，飞机的稳定与控制，材料科学，电工与电子技术，计算机，cad制图机械原理、机械设计、航空工程材料、金属塑性成形原理、模具设计与制造、飞机零件加工与成形工艺等等等还有很多想不起来了

3. 飞机中运用了什么物理知识

飞机在动力方面运用了，力的作用是相互，飞机翼中运用了，压强与流速的知识。因为在流体中，流速越大压强越小，飞机的机翼形状是上凸下平的，在飞行过程中，机翼上部气体流速比下部快，压强变小给飞机一个向上的升力所以飞机就升空了小

4. 飞机外形是根据什么原理设计的

从20世纪初开始，飞机的军用意义已广泛引起各个国家的关注。在20～30年代，飞机从双翼机到张臂式单翼机，从木结构到全金属结构，从敞开式座舱到密闭式座舱，从固定式起落架到收放式起落架，飞机外形结构和气动布局已经发生了革新性变化。二次世界大战期间，参战飞机数量猛增，性能迅速提高，军用航空显然已对战争局势具有举足轻重的影响。战后，航空科学技术迅速地发展，特别表现在飞机空气动力外形的改进上。所谓空气动力外形，就是应用空气动力学原理来设计飞机外形，使得它的升力高，阻力小，稳定性、操纵性好。比如，机身尽可能呈流线型，减少突起物，以此来减小阻力。机翼的形状和配置也相当讲究。低速飞机通常用长方形或梯形翼。当飞机飞行速度到达声速附近或超过声速以后，就要采用像燕子翅膀似的后掠机翼。超声速战斗机或轰炸机的机翼可采用三角形的平面形状。飞机的飞行速度从低速到高速发展，与机翼从直机翼到后掠翼、三角翼、边条翼这些飞机气动构形的不断地演变密切相关。可我们的力学家为了这些气动外形的演进，不知付出了多少心血。世界各国的空气动力学研究机构都投入相当大的人力、物力，致力于飞机机翼翼型的理论分析和风洞实验研究。翼型指的是机翼横切剖面形状。剖面形状是影响机翼升力的重要因素。在飞机诞生的初期，飞行的主要矛盾是如何克服飞机的重力，使飞机离地升空。实践已经表明，采用大翼面积、大弯度剖面的机翼，克服重力而升空不成问题。当飞机速度不断提高，特别是超声速飞机出现后，推动飞机前进的力与空气阻力的矛盾就更加突出了。因此，必须找到能进一步大大减小阻力的机翼形状，才能满足飞机提速后的需要。1947年便出现首架超声速飞机，“声障”很快成为了一个历史名词。随着空气动力学、结构力学和材料科学的进展，飞机飞行突破声障之后，飞行速度接着又达到声速的2～3倍，进入了超声速飞行时代。

所有通过大气层的飞行器，都要利用理论计算和风洞实验来确定它们的空气动力外形和空气动力特性。实验家努力发展从亚跨声速到高超声速速度范围配套的风洞实验设备，并利用新的观测、显示、信息处理手段，揭示新的流动现象，为飞行器设计师更快的提供更多、更精确的气动力数据。理论家根据空气动力学的原理和各种理论，努力把实验揭示出的流动现象就其最典型的简化形态概括成数学模型。主要依靠数学分析的方法，研究流动现象中各种物理量之间的关系和变化以及这种关系和变化对飞行器性能的影响，尽可能获得有利的流动，避开不利的流动。经过反反复复研究变化中的变化，关系中的关系，才能对流动的物理实质和主要矛盾作出合理的解释和预测，以便把握新的流动规律，创造出飞行器新的设计思想、设计概念和设计方法。计算家则在已建立的数学模型指引下，利用当代最先进的电子计算机，致力于发展新的算法和软件，模拟更复杂的飞行器外形和流动现象。这些复杂的流动现象，是航空航天工程应用必然遇到和必须解决的。亚声速、跨声速(指0.75～1.2倍声速范围)和超声速(指1.2～5倍声速范围)空气动力学的发展，才使得后掠翼、小展弦比细长翼和三角翼气动布局在飞机设计中成功地应用，促使了第一代超声速战斗机和旅客机的诞生。1954年问世的F102蜂腰形超声速战斗机就是其中第一代战斗机的代表。

5. 如果以后想从事飞机制造方面的工作，是不是要学好物理

当然是物理，飞机制造包括的电子学科、材料学科、力学等各方面，这些都是以物理知识为基础的。当然，数学也很重要，因为以上很多学科都得用到数学方面的知识的，相辅相成的

6. 请问飞机是根据什么原理设计的和鸟类有关系吗

这架飞机源自莱特兄弟的飞行一号。他们学习鸟类的飞行姿势，整合了自行车的机械原理，他们还自行制作了风洞设备，并进行了大量实验，以收集比前人更多、更准确的数据，从而设计出更高效的螺旋桨和机翼。Bird是一种根据数学原理操作的工具。

液体洗漱用品是登记的，锂电池不能登记。你必须随身携带，否则你必须打开箱子才能拿到电池。不要带违禁品和隐藏打火机。机场的X光机功能非常强大，被抓到的后果非常严重。不允许在飞机上使用电源组。有很多电力银行火灾的案例，所以不要走运，听从机组人员的指挥，因为这也关系到你自己的安全。如果飞机上有红色标志，如紧急门窗、救生衣和其他应急设备，请勿移动。只是知道如何使用它们。如果你移动紧急门，你可能会损失超过10万元，并被拘留。

7. 一般说到的基本力学原理一般指什么就拿牛顿经典力学来说 涉及到飞机设计的呢

普通物理连同高中物理一共只包含三个物理学原理
1.最小作用量原理
2.对称性与守恒原理
3.光速不变原理
如果说是力学原理的话,应该是第一个,因为从最小作用量原理可以导出整个牛顿力学全部内容.最小作用量原理在光学中的表现形式就是费马原理.
最后说明一下,物理原理是比物理定律具有更高抽象性的,更为普适的,放之四海皆准的理论.

8. 航空发动设计制造中力学主要承担什么作用

计算结构的传递函数或模态参数。

物理学上有很多不同的稳定平面场，所谓场就是每点对应有物理量的一个区域，对它们的计算就是通过复变函数来解决的。比如俄国的茹柯夫斯基在设计飞机的时候，就用复变函数论解决了飞机机翼的结构问题，他在运用复变函数论解决流体力学和航空力学方面的问题上也做出了贡献。

复变函数论主要包括单值解析函数理论、黎曼曲面理论、几何函数论、留数理论、广义解析函数等方面的内容。如果当函数的变量取某一定值的时候，函数就有一个唯一确定的值，那么这个函数解就叫做单值解析函数，多项式就是这样的函数。

(8)飞机设计需要哪些方面物理扩展阅读：

发展历史

1、复变函数论产生于十八世纪。1774年，欧拉在他的一篇论文中考虑了由复变函数的积分导出的两个方程。而比他更早时，法国数学家达朗贝尔在他的关于流体力学的论文中，就已经得到了它们。因此，后来人们提到这两个方程，把它们叫做“达朗贝尔-欧拉方程”。

2、到了十九世纪，上述两个方程在柯西和黎曼研究流体力学时，作了更详细的研究，所以这两个方程也被叫做“柯西-黎曼条件”。

3、为复变函数论的创建做了最早期工作的是欧拉、达朗贝尔，法国的拉普拉斯也随后研究过复变函数的积分，他们都是创建这门学科的先驱。后来为这门学科的发展作了大量奠基工作的要算是柯西、黎曼和德国数学家维尔斯特拉斯了。

9. 飞机流线型设计的原理物理

主要是由机翼和机身产生的升力将飞机“托”到空中,发动机的推力使飞机往前飞.
升力的原理：
机翼是设计为适合飞行的具有固定“翼型”的.从机翼前缘到后缘,机翼的上表面呈突起状,下表面较为平坦.
气流流过机翼时,被机翼分成上下两股,而在机翼的后缘重新汇合向后流去.因机翼上表面设计成有突起,上表面气流流管比较细,所以速度快、压力小；而下表面气流流管粗,速度慢,压力大,这就在机翼的上下表面产生压力差.（也可以通俗的理解为空气流过机翼上表面的路程较远,但在机翼后方又要与流过下表面的气流汇合,即上下表面气流流过机翼的时间相等,那么自然上表面的空气流速大,压力小）.这个压力差就为飞机提供升力.升力使飞机在空中飞成为可能.
当飞机的速度足够快,使机翼的相对气流大到能在飞机的表面形成足够的压力差,不小于飞机的重力,飞机就可以起飞了.
关于飞机能飞的原理其实跟风筝能飞是一个道理,具体的理论可以从《空气动力学》中学到,《空气动力学》是航空专业的一门专业基础课.

10. 设计一个飞机的外形设计到了哪些学科

材料力学，流体力学，材料学，工业设计方面的美术