飛機(jī)的低速空氣動力

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1、飛 機(jī) 的 低 速 空 氣 動 力 2.1 空 氣 流 動 的 描 述2.2 升 力2.3 阻 力2.4 飛 機(jī) 的 低 速 空 氣 動 力 特 性2.5 增 升 裝 置 的 增 升 原 理 2.3 阻 力 阻 力 是 與 飛 機(jī) 運(yùn) 動 軌 跡 平 行 ， 與 飛 行 速 度 方 向 相 反的 力 。 阻 力 阻 礙 飛 機(jī) 的 飛 行 ， 但 沒 有 阻 力 飛 機(jī) 又 無 法穩(wěn) 定 飛 行 。 升 力 重 力拉 力 阻 力LiftPull Weight Drag 阻 力 的 分 類 對 于 低 速 飛 機(jī) ， 根 據(jù) 阻 力 的 形 成 原 因 ， 可 將 阻 力分 為 ：摩 擦 阻 力

2、 (Skin Friction Drag)壓 差 阻 力 (Form Drag)干 擾 阻 力 (Interference Drag)誘 導(dǎo) 阻 力 (Induced Drag) 廢 阻 力(Parasite Drag)升 力 粘 性 2.3.1 低 速 附 面 層 附 面 層 ， 是 氣 流 速 度 從 物 面 處 速 度 為 零 逐 漸 增 加 到99%主 流 速 度 的 很 薄 的 空 氣 流 動 層 。速 度 不 受 干 擾 的 主 流附 面 層 邊 界 物 體 表 面 附 面 層 的 形 成 附 面 層 厚 度 較 薄 無 粘 流 動沿 物 面 法 線 方 向 速 度 一 致粘 性

3、流 動沿 物 面 法 線 方 向 速 度 不 一 致 “附 面 層 ” 無 粘 流 動 和 粘 性 流 動附 面 層 的 形 成 是 受 到 粘 性 的 影 響 。 附 面 層 的 特 點 附 面 層 內(nèi) 沿 物 面 法 向 方 向 壓 強(qiáng) 不 變 且 等 于 法 線 主流 壓 強(qiáng) 。P1 P2 只 要 測 出 附 面 層 邊 界 主 流 的 靜 壓 ， 便 可 得 到 物 面 各 點 的 靜壓 ， 它 使 理 想 流 體 的 結(jié) 論 有 了 現(xiàn) 實 意 義 。 附 面 層 厚 度 隨 氣 流 流 經(jīng) 物 面 的 距 離 增 長 而 增 厚 。l l 附 面 層 厚 度 隨 氣 流 流 經(jīng) 物

4、 面 的 距 離 增 長 而 增 厚 。l l 附 面 層 的 特 點 三 附 面 層 分 為 層 流 附 面 層 和 紊 流 附 面 層 ， 層 流 在 前 ，紊 流 在 后 。 層 流 與 紊 流 之 間 的 過 渡 區(qū) 稱 為 轉(zhuǎn) 捩 點 。轉(zhuǎn) 捩 點層 流 附面 層 紊 流 附 面 層 層 流 的 不 穩(wěn) 定 性1 2 3abc I I IA v PII II IIA v PI IIA A I IIv v I IIP P 層 流 附 面 層 和 紊 流 附 面 層 的 速 度 型 2.3.2 阻 力 的 產(chǎn) 生摩 擦 阻 力 (Skin Friction Drag)壓 差 阻 力 (F

5、orm Drag)干 擾 阻 力 (Interference Drag)誘 導(dǎo) 阻 力 (Induced Drag) 廢 阻 力(Parasite Drag)升 力 粘 性 摩 擦 阻 力 由 于 緊 貼 飛 機(jī) 表 面 的 空 氣 受 到 阻 礙 作 用 而 流 速 降 低 到 零 ， 根 據(jù)作 用 力 與 反 作 用 力 定 律 ， 飛 機(jī) 必 然 受 到 空 氣 的 反 作 用 。 這 個 反 作用 力 與 飛 行 方 向 相 反 ， 稱 為 摩 擦 阻 力 。 影 響 摩 擦 阻 力 的 因 素 紊 流 附 面 層 的 摩 擦 阻 力 比 層 流 附 面 層 的 大 。 飛 機(jī) 的 表

6、 面 積 越 大 ， 摩 擦 阻 力 越 大 。 飛 機(jī) 表 面 越 粗 糙 ， 摩 擦 阻 力 越 大 。 摩 擦 阻 力 的 大 小 與 附 面 層 的 類 型 密 切 相 關(guān) ， 此 外 還 取 決 于 空氣 與 飛 機(jī) 的 接 觸 面 積 和 飛 機(jī) 的 表 面 狀 況 。 摩 擦 阻 力 在 飛 機(jī) 總 阻 力 構(gòu) 成 中 占 的 比 例 較 大摩 擦 阻 力 占 總 阻 力 的 比 例超 音 速 戰(zhàn) 斗 機(jī) 25-30%大 型 運(yùn) 輸 機(jī) 40%小 型 公 務(wù) 機(jī) 50%水 下 物 體 70% 船 舶 90% 壓 差 阻 力 壓 差 阻 力 是 由 處 于 流 動 空 氣 中 的

7、物 體 的 前 后 的 壓力 差 ， 導(dǎo) 致 氣 流 附 面 層 分 離 ， 從 而 產(chǎn) 生 的 阻 力 。 順 壓 梯 度 與 逆 壓 梯 度順 壓 ： A到 B， 沿 流 向 壓 力 逐 漸 減 小 ， 如 機(jī) 翼 上 表 面 前 段 。逆 壓 ： B到 C， 沿 流 向 壓 力 逐 漸 增 加 ， 如 機(jī) 翼 上 表 面 后 段 。A B C 附 面 層 分 離 在 逆 壓 梯 度 作 用 下 ， 附 面 層 底 層 出 現(xiàn) 倒 流 ， 與 上 層 順 流 相互 作 用 ， 形 成 漩 渦 脫 離 物 體 表 面 的 現(xiàn) 象 。分 離 點 分 離 區(qū) 的 特 點 一 分 離 區(qū) 內(nèi) 漩

8、渦 是 一 個 個 單 獨(dú) 產(chǎn) 生 的 ， 它 導(dǎo) 致 機(jī) 翼 的 振 動 。 分 離 區(qū) 的 特 點 二分 離 區(qū) 內(nèi) 壓 強(qiáng) 幾 乎 相 等 ， 并 且 等 于 分 離 點 處 的 壓 強(qiáng) 。P 分 離 點 P1 P2 P3 P4 P分 離 點 = P1 = P2 = P3 = P4 分 離 區(qū) 的 特 點 三 附 面 層 分 離 的 內(nèi) 因 是 空 氣 的 粘 性 ， 外 因 是 因 物 體 表 面 彎 曲 而出 現(xiàn) 的 逆 壓 梯 度 。A B CA B CP P P 分 離 點 與 最 小 壓 力 點 的 位 置A B C最 小 壓 力 點 分 離 點 分 離 點 與 轉(zhuǎn) 捩 點 的

9、 區(qū) 別層 流 變 為 紊 流 （ 轉(zhuǎn) 捩 ） ， 順 流 變 為 倒 流 （ 分 離 ） 。分 離 可 以 發(fā) 生 在 層 流 區(qū) ， 也 可 發(fā) 生 在 紊 流 區(qū) 。轉(zhuǎn) 捩 和 分 離 的 物 理 含 義 完 全 不 同 。 壓 差 阻 力 的 產(chǎn) 生 氣 流 流 過 機(jī) 翼 后 ， 在 機(jī) 翼 的 后 緣 部 分 產(chǎn) 生 附 面 層 分 離 形 成 渦流 區(qū) ， 壓 強(qiáng) 降 低 ； 而 在 機(jī) 翼 前 緣 部 分 ， 氣 流 受 阻 壓 強(qiáng) 增 大 ， 這 樣機(jī) 翼 前 后 緣 就 產(chǎn) 生 了 壓 力 差 ， 從 而 使 機(jī) 翼 產(chǎn) 生 壓 差 阻 力 。 分 離 點 位 置 與 壓

10、差 阻 力 大 小 的 關(guān) 系分 離 點 靠 前 ， 壓 差 阻 力 大 。分 離 點 靠 后 ， 壓 差 阻 力 小 。A B CCB C CP P P 影 響 壓 差 阻 力 的 因 素 總 的 來 說 ， 飛 機(jī) 壓 差 阻 力 與 迎 風(fēng) 面 積 、 形 狀 和 迎 角 有 關(guān) 。 迎 風(fēng)面 積 大 ， 壓 差 阻 力 大 。 迎 角 越 大 ， 壓 差 阻 力 也 越 大 。 壓 差 阻 力 在 飛 機(jī) 總 阻 力 構(gòu) 成 中 所 占 比 例 較 小 。 干 擾 阻 力 飛 機(jī) 的 各 個 部 件 ， 如 機(jī) 翼 、 機(jī) 身 、 尾 翼 的 單 獨(dú) 阻 力 之 和 小 于 把它 們

11、組 合 成 一 個 整 體 所 產(chǎn) 生 的 阻 力 ， 這 種 由 于 各 部 件 氣 流 之 間 的相 互 干 擾 而 產(chǎn) 生 的 額 外 阻 力 ， 稱 為 干 擾 阻 力 。 干 擾 阻 力 的 消 除干 擾 阻 力 在 飛 機(jī) 總 阻 力 中 所 占 比 例 較 小 。 飛 機(jī) 各 部 件 之 間 的 平 滑 過 渡 和 整 流 包 皮 ， 可 以 有 效地 減 小 干 擾 阻 力 的 大 小 。 誘 導(dǎo) 阻 力 由 于 翼 尖 渦 的 誘 導(dǎo) ， 導(dǎo) 致 氣 流 下 洗 ， 在 平 行 于 相 對 氣 流 方 向 出現(xiàn) 阻 礙 飛 機(jī) 前 進(jìn) 的 力 ， 這 就 是 誘 導(dǎo) 阻 力

12、。 翼 尖 渦 的 形 成 正 常 飛 行 時 ， 下 翼 面 的 壓 強(qiáng) 比 上 翼 面 高 ， 在 上 下 翼 面 壓 強(qiáng) 差 的 作 用下 ， 下 翼 面 的 氣 流 就 會 繞 過 翼 尖 流 向 上 翼 面 。這 樣 形 成 的 漩 渦 流 稱 為 翼 尖 渦 。 （ 注 意 旋 轉(zhuǎn) 方 向 ） 正 常 飛 行 時 ， 下 翼 面 的 壓 強(qiáng) 比 上 翼 面 高 ， 在 上 下 翼 面 壓 強(qiáng) 差 的 作 用下 ， 下 翼 面 的 氣 流 就 會 繞 過 翼 尖 流 向 上 翼 面 ， 就 使 下 翼 面 的 流 線 由 機(jī)翼 的 翼 根 向 翼 尖 傾 斜 ， 上 翼 面 反 之

13、。 翼 尖 渦 的 形 成 翼 尖 渦 的 形 成 由 于 上 、 下 翼 面 氣 流 在 后緣 處 具 有 不 同 的 流 向 ， 于 是就 形 成 旋 渦 ， 并 在 翼 尖 卷 成翼 尖 渦 ， 翼 尖 渦 向 后 流 即 形成 翼 尖 渦 流 。 翼 尖 渦 形 成 的 進(jìn) 一 步 分 析注 意 旋 轉(zhuǎn) 方 向 翼 尖 渦 的 立 體 形 態(tài) 翼 尖 渦 的 形 態(tài) 下 洗 流 （ DownWash） 和 下 洗 角 由 于 兩 個 翼 尖 渦 的 存 在 ， 會 導(dǎo) 致 在 翼 展 范 圍 內(nèi) 出 現(xiàn) 一 個 向 下 的 誘導(dǎo) 速 度 場 ， 稱 為 下 洗 。 在 亞 音 速 范

14、圍 內(nèi) ， 這 下 洗 速 度 場 會 覆 蓋 整 個飛 機(jī) 所 處 空 間 范 圍 。 下 洗 角 下 洗 速 度 的 存 在 ， 改 變 了 翼 型 的 氣 流 方 向 ， 使 流 過 翼 型 的 氣 流 向下 傾 斜 ， 這 個 向 下 傾 斜 的 氣 流 稱 為 下 洗 流 ， 下 洗 流 與 相 對 氣 流 之 間的 夾 角 稱 為 下 洗 角 。 下 洗 速 度 沿 翼 展 分 布 不 同 平 面 形 狀 的 機(jī) 翼 ， 沿 展 向 下 洗 速 度 的 分 布 是 不 一 樣 的 。 誘 導(dǎo) 阻 力 的 產(chǎn) 生 有 限 展 長 機(jī) 翼 與 無 限 展 長 機(jī) 翼 相 比 ， 由 于

15、 前 者 存 在 翼 尖 渦 和 下 洗速 度 場 ， 導(dǎo) 致 前 者 的 總 空 氣 動 力 較 后 者 更 加 后 斜 ， 即 前 者 總 空 氣 動 力沿 飛 行 速 度 方 向 （ 即 遠(yuǎn) 前 方 相 對 氣 流 方 向 ） 的 分 量 較 后 者 更 大 。 這 一增 加 的 阻 力 即 為 誘 導(dǎo) 阻 力 。 L LD 影 響 誘 導(dǎo) 阻 力 的 因 素機(jī) 翼 平 面 形 狀 ： 橢 圓 形 機(jī) 翼 的 誘 導(dǎo) 阻 力 最 小 。展 弦 比 越 大 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 越 小升 力 越 大 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 越 大平 直 飛 行 中 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 與 飛 行 速 度 平 方

16、 成 反 比翼 梢 小 翼 可 以 減 小 誘 導(dǎo) 阻 力 低 展 弦 比 使 翼 尖 渦 變強(qiáng) ， 誘 導(dǎo) 阻 力 增 加 。高 展 弦 比 使 翼 尖 渦 減弱 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 變 小 。 展 弦 比 對 誘 導(dǎo) 阻 力 的 影 響 展 弦 比 對 誘 導(dǎo) 阻 力 的 影 響 機(jī) 翼 展 弦 比 倒 數(shù)誘導(dǎo)阻力系數(shù)減少的百分比 升 力 系 數(shù) 不 變 高 展 弦 比 飛 機(jī) 空 速 大 小 對 誘 導(dǎo) 阻 力 大 小 的 影 響阻 力 誘 導(dǎo) 阻 力 空 速 空 速 小 ， 下 洗 角大 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 大 空 速 大 ， 下 洗 角小 ， 誘 導(dǎo) 阻 力 小 翼 梢 小 翼 翼

17、梢 小 翼 可 以 減 小 誘 導(dǎo) 阻 力 翼 梢 小 翼 可 以 減 小 誘 導(dǎo) 阻 力 翼 梢 小 翼 改 變 了 機(jī) 翼 沿 展 向 分 布 的 翼 載 荷 。 翼 梢 小 翼 可 以 減 小 總 阻 力 阻 力 公 式 飛 機(jī) 的 阻 力 系 數(shù) DC212 V 飛 機(jī) 的 飛 行 動 壓S 機(jī) 翼 的 面 積 。 212DD C v S 回 顧 阻 力 組 成摩 擦 阻 力 (Skin Friction Drag)壓 差 阻 力 (Form Drag)干 擾 阻 力 (Interference Drag)誘 導(dǎo) 阻 力 (Induced Drag) 廢 阻 力(Parasite Drag) 阻 力 相 關(guān) 資 料 典 型 飛 機(jī) 阻 力 構(gòu) 成阻 力 名 稱 亞 音 速 運(yùn) 輸機(jī) 超 音 速 戰(zhàn) 斗機(jī) 單 旋 翼 直 升機(jī)摩 擦 阻 力 45% 23% 25%誘 導(dǎo) 阻 力 40% 29% 25%干 擾 阻 力 7% 6% 40%激 波 阻 力 3% 35% 5%其 他 阻 力 5% 7% 5% 總 空 氣 動 力 升 力 和 阻 力 之 和 稱 為 總 空 氣 動 力 。