飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力

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1、飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力2.1 空氣流動(dòng)的描述空氣流動(dòng)的描述2.2 升力升力2.3 阻力阻力2.4 飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力特性飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力特性2.5 增升裝置的增升原理增升裝置的增升原理2.3 阻力阻力 阻力是與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡平行，與飛行速度方向相反阻力是與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)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(méi)有阻力飛機(jī)又無(wú)法的力。阻力阻礙飛機(jī)的飛行，但沒(méi)有阻力飛機(jī)又無(wú)法穩(wěn)定飛行。穩(wěn)定飛行。升力升力重力重力拉力拉力阻力阻力LiftPullWeightDrag阻力的分類阻力的分類 對(duì)于低速飛機(jī)，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力對(duì)于低速飛機(jī)，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力分為：分

2、為：摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)壓差阻力壓差阻力(Form Drag)干擾阻力干擾阻力(Interference Drag)誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力(Induced Drag)廢阻力廢阻力(Parasite Drag)升力升力粘性粘性2.3.1 低速附面層低速附面層 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(dòng)層。主流速度的很薄的空氣流動(dòng)層。速度速度不受干擾的主流不受干擾的主流附面層邊界附面層邊界物體表面物體表面 附面層的形成附面層的形成附面層厚度較薄附面層厚度較薄無(wú)粘流動(dòng)無(wú)粘流動(dòng)沿物面法線方向速度一

3、致沿物面法線方向速度一致粘性流動(dòng)粘性流動(dòng)沿物面法線方向速度不一致沿物面法線方向速度不一致“附面層附面層”無(wú)粘流動(dòng)和粘性流動(dòng)無(wú)粘流動(dòng)和粘性流動(dòng)附面層的形成是受到粘性的影響。附面層的形成是受到粘性的影響。 附面層的特點(diǎn)附面層的特點(diǎn)附面層內(nèi)沿物面法向方向壓強(qiáng)不變且等于法線主附面層內(nèi)沿物面法向方向壓強(qiáng)不變且等于法線主流壓強(qiáng)。流壓強(qiáng)。P1P2 只要測(cè)出附面層邊界主流的靜壓，便可得到物面各點(diǎn)的靜只要測(cè)出附面層邊界主流的靜壓，便可得到物面各點(diǎn)的靜壓，它使理想流體的結(jié)論有了現(xiàn)實(shí)意義。壓，它使理想流體的結(jié)論有了現(xiàn)實(shí)意義。附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。ll附面

4、層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。ll附面層的特點(diǎn)三附面層的特點(diǎn)三 附面層分為層流附面層和紊流附面層，層流在前，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(guò)渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。紊流在后。層流與紊流之間的過(guò)渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。轉(zhuǎn)捩點(diǎn)轉(zhuǎn)捩點(diǎn)層流附層流附面層面層紊流附面層紊流附面層層流的不穩(wěn)定性層流的不穩(wěn)定性123abcIIIAvPIIIIIIAvPIIIAAIIIvvIIIPP層流附面層和紊流附面層的速度型層流附面層和紊流附面層的速度型2.3.2 阻力的產(chǎn)生阻力的產(chǎn)生摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)壓差阻力壓

5、差阻力(Form Drag)干擾阻力干擾阻力(Interference Drag)誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力(Induced Drag)廢阻力廢阻力(Parasite Drag)升力升力粘性粘性 摩擦阻力摩擦阻力 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)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(gè)反作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(gè)反作用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。影響摩擦阻力的因素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。紊流附面層的摩擦阻力比層流附面層的

6、大。飛機(jī)的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機(jī)的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機(jī)表面越粗糙，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。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摩擦阻力占總阻力的比例超音速戰(zhàn)斗機(jī)超音速戰(zhàn)斗機(jī)25-30%大型運(yùn)輸機(jī)大型運(yùn)輸機(jī)40%小型公務(wù)機(jī)小型公務(wù)機(jī)50%水下物體水下物體70%船舶船舶90% 壓差阻力壓差阻力 壓差阻力是由處于流動(dòng)空氣中的物

7、體的前后的壓壓差阻力是由處于流動(dòng)空氣中的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。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梯度與逆壓梯度順壓：順壓：A到到B，沿流向壓力逐漸減小，如機(jī)翼上表面前段。，沿流向壓力逐漸減小，如機(jī)翼上表面前段。逆壓：逆壓：B到到C，沿流向壓力逐漸增加，如機(jī)翼上表面后段。，沿流向壓力逐漸增加，如機(jī)翼上表面后段。ABC 附面層分離附面層分離 在逆壓梯度作用下，附面層底層出現(xiàn)倒流，與上層順流在逆壓梯度作用下，附面層底層出現(xiàn)倒流，與上層順流 相相互作用，形成漩渦脫離物體表面的現(xiàn)象。互作用，形成漩渦脫離物體表面的現(xiàn)象。分離點(diǎn)分離點(diǎn)分離區(qū)的特

8、點(diǎn)一分離區(qū)的特點(diǎn)一 分離區(qū)內(nèi)漩渦是一個(gè)個(gè)單獨(dú)產(chǎn)生的，它導(dǎo)致機(jī)翼的振動(dòng)。分離區(qū)內(nèi)漩渦是一個(gè)個(gè)單獨(dú)產(chǎn)生的，它導(dǎo)致機(jī)翼的振動(dòng)。分離區(qū)的特點(diǎn)二分離區(qū)的特點(diǎn)二分離區(qū)內(nèi)壓強(qiáng)幾乎相等，并且等于分離點(diǎn)處的壓強(qiáng)。分離區(qū)內(nèi)壓強(qiáng)幾乎相等，并且等于分離點(diǎn)處的壓強(qiáng)。P分離點(diǎn)分離點(diǎn)P1P2P3P4P分離點(diǎn)分離點(diǎn) = P1 = P2 = P3 = P4分離區(qū)的特點(diǎn)三分離區(qū)的特點(diǎn)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。出現(xiàn)的逆壓梯度。ABCABCPPP分離點(diǎn)與最小壓力點(diǎn)的位置分離點(diǎn)與最小壓力點(diǎn)的位置ABC最小壓力點(diǎn)最小壓力點(diǎn)分離點(diǎn)分離點(diǎn)分離點(diǎn)

9、與轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的區(qū)別分離點(diǎn)與轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的區(qū)別層流變?yōu)槲闪鳎ㄞD(zhuǎn)捩），順流變?yōu)榈沽鳎ǚ蛛x）。層流變?yōu)槲闪鳎ㄞD(zhuǎn)捩），順流變?yōu)榈沽鳎ǚ蛛x）。分離可以發(fā)生在層流區(qū)，也可發(fā)生在紊流區(qū)。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。轉(zhuǎn)捩和分離的物理含義完全不同。 壓差阻力的產(chǎn)生壓差阻力的產(chǎn)生 氣流流過(guò)機(jī)翼后，在機(jī)翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦氣流流過(guò)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。機(jī)翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機(jī)翼產(chǎn)生

10、壓差阻力。分離點(diǎn)位置與壓差阻力大小的關(guān)系分離點(diǎn)位置與壓差阻力大小的關(guān)系分離點(diǎn)靠前，壓差阻力大。分離點(diǎn)靠前，壓差阻力大。分離點(diǎn)靠后，壓差阻力小。分離點(diǎn)靠后，壓差阻力小。ABCCBCCPPP影響壓差阻力的因素影響壓差阻力的因素 總的來(lái)說(shuō)，飛機(jī)壓差阻力與迎風(fēng)面積、形狀和迎角有關(guān)。迎風(fēng)總的來(lái)說(shuō)，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。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。壓差阻力在飛機(jī)總阻力構(gòu)成中所占比例較小。 干擾阻力干擾阻力 飛機(jī)的各個(gè)部件，如機(jī)翼、機(jī)身、尾翼的單獨(dú)阻力之和小于把飛機(jī)的各個(gè)部件，如機(jī)

11、翼、機(jī)身、尾翼的單獨(dú)阻力之和小于把它們組合成一個(gè)整體所產(chǎn)生的阻力，這種由于各部件氣流之間的它們組合成一個(gè)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。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的消除干擾阻力在飛機(jī)總阻力中所占比例較小。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(guò)渡和整流包皮，可以有效飛機(jī)各部件之間的平滑過(guò)渡和整流包皮，可以有效地減小干擾阻力的大小。地減小干擾阻力的大小。 誘導(dǎo)阻力誘導(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(duì)氣流方向出由于翼尖渦的誘導(dǎo)，導(dǎo)致氣流下洗，在平行于相對(duì)氣流方向出現(xiàn)阻礙飛機(jī)前

12、進(jìn)的力，這就是誘導(dǎo)阻力?，F(xiàn)阻礙飛機(jī)前進(jìn)的力，這就是誘導(dǎo)阻力。翼尖渦的形成翼尖渦的形成 正常飛行時(shí)，下翼面的壓強(qiáng)比上翼面高，在上下翼面壓強(qiáng)差的作用正常飛行時(shí)，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(huì)繞過(guò)翼尖流向上翼面。下，下翼面的氣流就會(huì)繞過(guò)翼尖流向上翼面。這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（注意旋轉(zhuǎn)方向注意旋轉(zhuǎn)方向） 正常飛行時(shí)，下翼面的壓強(qiáng)比上翼面高，在上下翼面壓強(qiáng)差的作用正常飛行時(shí)，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(huì)繞過(guò)翼尖流向上翼面，就使下翼面的流線由機(jī)下，下翼面的氣流就會(huì)繞過(guò)翼尖流向上翼面，就使下翼面的流

13、線由機(jī)翼的翼根向翼尖傾斜，上翼面反之。翼的翼根向翼尖傾斜，上翼面反之。翼尖渦的形成翼尖渦的形成翼尖渦的形成翼尖渦的形成 由于上、下翼面氣流在后由于上、下翼面氣流在后緣處具有不同的流向，于是緣處具有不同的流向，于是就形成旋渦，并在翼尖卷成就形成旋渦，并在翼尖卷成翼尖渦，翼尖渦向后流即形翼尖渦，翼尖渦向后流即形成翼尖渦流。成翼尖渦流。翼尖渦形成的進(jìn)一步分析翼尖渦形成的進(jìn)一步分析注意旋轉(zhuǎn)方向注意旋轉(zhuǎn)方向翼尖渦的立體形態(tài)翼尖渦的立體形態(tài)翼尖渦的形態(tài)翼尖渦的形態(tài)下洗流（下洗流（DownWash）和下洗角）和下洗角 由于兩個(gè)翼尖渦的存在，會(huì)導(dǎo)致在翼展范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)向下的誘由于兩個(gè)翼尖渦的存在，會(huì)導(dǎo)致在翼展

14、范圍內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)向下的誘導(dǎo)速度場(chǎng)，稱為下洗。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場(chǎng)會(huì)覆蓋整個(gè)導(dǎo)速度場(chǎng)，稱為下洗。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場(chǎng)會(huì)覆蓋整個(gè)飛機(jī)所處空間范圍。飛機(jī)所處空間范圍。下洗角下洗角 下洗速度的存在，改變了翼型的氣流方向，使流過(guò)翼型的氣流向下洗速度的存在，改變了翼型的氣流方向，使流過(guò)翼型的氣流向下傾斜，這個(gè)向下傾斜的氣流稱為下洗流，下洗流與相對(duì)氣流之間下傾斜，這個(gè)向下傾斜的氣流稱為下洗流，下洗流與相對(duì)氣流之間的夾角稱為下洗角的夾角稱為下洗角。下洗速度沿翼展分布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。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

15、力的產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生 有限展長(zhǎng)機(jī)翼與無(wú)限展長(zhǎng)機(jī)翼相比，由于前者存在翼尖渦和下洗有限展長(zhǎng)機(jī)翼與無(wú)限展長(zhǎng)機(jī)翼相比，由于前者存在翼尖渦和下洗速度場(chǎng)，導(dǎo)致前者的總空氣動(dòng)力較后者更加后斜，即前者總空氣動(dòng)力速度場(chǎng)，導(dǎo)致前者的總空氣動(dòng)力較后者更加后斜，即前者總空氣動(dòng)力沿飛行速度方向（即遠(yuǎn)前方相對(duì)氣流方向）的分量較后者更大。這一沿飛行速度方向（即遠(yuǎn)前方相對(duì)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。增加的阻力即為誘導(dǎo)阻力。LLD影響誘導(dǎo)阻力的因素影響誘導(dǎo)阻力的因素機(jī)翼平面形狀：機(jī)翼平面形狀： 橢圓形機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力最小。橢圓形機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力最小。展弦比越大，誘導(dǎo)阻力越小展弦比越大，誘導(dǎo)阻力越小升力

16、越大，誘導(dǎo)阻力越大升力越大，誘導(dǎo)阻力越大平直飛行中，誘導(dǎo)阻力與飛行速度平方成反比平直飛行中，誘導(dǎo)阻力與飛行速度平方成反比翼梢小翼可以減小誘導(dǎo)阻力翼梢小翼可以減小誘導(dǎo)阻力低展弦比使翼尖渦變低展弦比使翼尖渦變強(qiáng)，誘導(dǎo)阻力增加。強(qiáng)，誘導(dǎo)阻力增加。高展弦比使翼尖渦減高展弦比使翼尖渦減弱，誘導(dǎo)阻力變小。弱，誘導(dǎo)阻力變小。展弦比對(duì)誘導(dǎo)阻力的影響展弦比對(duì)誘導(dǎo)阻力的影響展弦比對(duì)誘導(dǎo)阻力的影響展弦比對(duì)誘導(dǎo)阻力的影響機(jī)翼展弦比倒數(shù)機(jī)翼展弦比倒數(shù)誘導(dǎo)阻力系數(shù)減少的百分比誘導(dǎo)阻力系數(shù)減少的百分比升力系數(shù)不變升力系數(shù)不變高展弦比飛機(jī)高展弦比飛機(jī)空速大小對(duì)誘導(dǎo)阻力大小的影響空速大小對(duì)誘導(dǎo)阻力大小的影響阻力阻力誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)

17、阻力空速空速空速小，下洗角空速小，下洗角大，誘導(dǎo)阻力大大，誘導(dǎo)阻力大空速大，下洗角空速大，下洗角小，誘導(dǎo)阻力小小，誘導(dǎo)阻力小翼梢小翼翼梢小翼翼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翼梢小翼可以減小總阻力 阻力公式阻力公式飛機(jī)的阻力系數(shù)飛機(jī)的阻力系數(shù)DC212V飛機(jī)的飛行動(dòng)壓飛機(jī)的飛行動(dòng)壓S機(jī)翼的面積。機(jī)翼的面積。212DDCvS回顧阻力組成回顧阻力組成摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)壓差阻力壓差阻力(Form Drag)干擾阻力干擾阻力(Interference Drag)誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力(Induced Drag)廢阻力廢阻力(Parasite Drag)阻力相關(guān)資料阻力相關(guān)資料典型飛機(jī)阻力構(gòu)成典型飛機(jī)阻力構(gòu)成阻力名稱阻力名稱亞音速運(yùn)輸亞音速運(yùn)輸機(jī)機(jī)超音速戰(zhàn)斗超音速戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)單旋翼直升單旋翼直升機(jī)機(jī)摩擦阻力摩擦阻力45%23%25%誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)阻力40%29%25%干擾阻力干擾阻力7%6%40%激波阻力激波阻力3%35%5%其他阻力其他阻力5%7%5%總空氣動(dòng)力總空氣動(dòng)力 升力和阻力之和稱為總空氣動(dòng)力。升力和阻力之和稱為總空氣動(dòng)力。