飛機的低速空氣動力

1、飛行原理飛行原理/CAFUC第二章第二章飛機的低速空氣動力飛機的低速空氣動力第二章第二章 第第 頁頁2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容2.1 空氣流動的描述空氣流動的描述2.2 升力升力2.3 阻力阻力2.4 飛機的低速空氣動力特性飛機的低速空氣動力特性2.5 增升裝置的增升原理增升裝置的增升原理飛行原理飛行原理/CAFUC2.3 阻力阻力第二章第二章 第第 頁頁4 阻力是與飛機運動軌跡平行，與飛行速度方向相反阻力是與飛機運動軌跡平行，與飛行速度方向相反的力。阻力阻礙飛機的飛行，但沒有阻力飛機又無法的力。阻力阻礙飛機的飛行，但沒有阻力飛機又無法穩(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Lif

2、tPullWeightDrag第二章第二章 第第 頁頁5阻力的分類阻力的分類 對于低速飛機，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力對于低速飛機，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力分為：分為：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)升力升力粘性粘性第二章第二章 第第 頁頁62.3.1 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

3、動層。主流速度的很薄的空氣流動層。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第二章第二章 第第 頁頁7附面層厚度較薄附面層厚度較薄第二章第二章 第第 頁頁8無粘流動無粘流動沿物面法線方向速度一致沿物面法線方向速度一致粘性流動粘性流動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”無粘流動和粘性流動無粘流動和粘性流動附面層的形成是受到粘性的影響。附面層的形成是受到粘性的影響。第二章第二章 第第 頁頁9 附面層的特點附面層的特點附面層內(nèi)沿物面法向方向壓強不變且等于法線主附面層內(nèi)沿物面法向方向壓強不變且等于法線主流壓強。流壓強。

4、P1P2 只要測出附面層邊界主流的靜壓，便可得到物面各點的靜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。壓，它使理想流體的結(jié)論有了現(xiàn)實意義。第二章第二章 第第 頁頁10附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長而增厚。附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長而增厚。ll第二章第二章 第第 頁頁11附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長而增厚。附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長而增厚。ll第二章第二章 第第 頁頁12附面層的特點三附面層的特點三 附面層分為層流附面層和紊流附面層，層流在前，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

5、點。紊流在后。層流與紊流之間的過渡區(qū)稱為轉(zhuǎn)捩點。轉(zhuǎn)捩點轉(zhuǎn)捩點層流附層流附面層面層紊流附面層紊流附面層第二章第二章 第第 頁頁13層流的不穩(wěn)定性層流的不穩(wěn)定性123abcIIIAvPIIIIIIAvPIIIAAIIIvvIIIPP第二章第二章 第第 頁頁14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第二章第二章 第第 頁頁152.3.2 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

6、Drag)升力升力粘性粘性第二章第二章 第第 頁頁16 摩擦阻力摩擦阻力 由于緊貼飛機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，飛機必然受到空氣的反作用。這個反作作用力與反作用力定律，飛機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。用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。第二章第二章 第第 頁頁17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大。飛機的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機的表面積越大，摩擦阻力越大。飛機表面越粗糙，摩擦阻力越大。飛機

7、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的接觸面積和飛機的表面狀況。氣與飛機的接觸面積和飛機的表面狀況。第二章第二章 第第 頁頁18摩擦阻力在飛機總阻力構(gòu)成中占的比例較大摩擦阻力在飛機總阻力構(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)斗機超音速戰(zhàn)斗機25-30%大型運輸機大型運輸機40%小型公務(wù)機小型公務(wù)機50%水下物體水下物體70%船舶船舶90%第二章第二章 第第 頁頁19 壓差阻力壓差阻力 壓差阻力是由處于流動空氣中的物體的前后的壓壓差阻力是由處于流動空氣中的物體的

8、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。第二章第二章 第第 頁頁20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，如機翼上表面前段。，沿流向壓力逐漸減小，如機翼上表面前段。逆壓：逆壓：B到到C，沿流向壓力逐漸增加，如機翼上表面后段。，沿流向壓力逐漸增加，如機翼上表面后段。ABC第二章第二章 第第 頁頁21 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?；プ饔?，形成漩渦脫離物體表面的現(xiàn)象。分離點分離點

9、第二章第二章 第第 頁頁22分離區(qū)的特點一分離區(qū)的特點一 分離區(qū)內(nèi)漩渦是一個個單獨產(chǎn)生的，它導(dǎo)致機翼的振動。分離區(qū)內(nèi)漩渦是一個個單獨產(chǎn)生的，它導(dǎo)致機翼的振動。第二章第二章 第第 頁頁23分離區(qū)的特點二分離區(qū)的特點二分離區(qū)內(nèi)壓強幾乎相等，并且等于分離點處的壓強。分離區(qū)內(nèi)壓強幾乎相等，并且等于分離點處的壓強。P分離點分離點P1P2P3P4P分離點分離點 = P1 = P2 = P3 = P4第二章第二章 第第 頁頁24分離區(qū)的特點三分離區(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。ABCABCPP

10、P第二章第二章 第第 頁頁25分離點與最小壓力點的位置分離點與最小壓力點的位置ABC最小壓力點最小壓力點分離點分離點第二章第二章 第第 頁頁26分離點與轉(zhuǎn)捩點的區(qū)別分離點與轉(zhuǎn)捩點的區(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。第二章第二章 第第 頁頁27 壓差阻力的產(chǎn)生壓差阻力的產(chǎn)生 氣流流過機翼后，在機翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦氣流流過機翼后，在機翼的后緣部分產(chǎn)生附面層分離形成渦流區(qū)，壓強降低；而在機翼

11、前緣部分，氣流受阻壓強增大，這樣流區(qū)，壓強降低；而在機翼前緣部分，氣流受阻壓強增大，這樣機翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機翼產(chǎn)生壓差阻力。機翼前后緣就產(chǎn)生了壓力差，從而使機翼產(chǎn)生壓差阻力。第二章第二章 第第 頁頁28分離點位置與壓差阻力大小的關(guān)系分離點位置與壓差阻力大小的關(guān)系分離點靠前，壓差阻力大。分離點靠前，壓差阻力大。分離點靠后，壓差阻力小。分離點靠后，壓差阻力小。ABCCBCCPPP第二章第二章 第第 頁頁29影響壓差阻力的因素影響壓差阻力的因素 總的來說，飛機壓差阻力與迎風(fēng)面積、形狀和迎角有關(guān)。迎風(fēng)總的來說，飛機壓差阻力與迎風(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

12、阻力也越大。面積大，壓差阻力大。迎角越大，壓差阻力也越大。 壓差阻力在飛機總阻力構(gòu)成中所占比例較小。壓差阻力在飛機總阻力構(gòu)成中所占比例較小。第二章第二章 第第 頁頁30 干擾阻力干擾阻力 飛機的各個部件，如機翼、機身、尾翼的單獨阻力之和小于把飛機的各個部件，如機翼、機身、尾翼的單獨阻力之和小于把它們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它們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。相互干擾而產(chǎn)生的額外阻力，稱為干擾阻力。第二章第二章 第第 頁頁31干擾阻力的消除干擾阻力的消除干擾阻力在飛機總阻力中所占比例較小。干擾阻力在飛機總阻力

13、中所占比例較小。 飛機各部件之間的平滑過渡和整流包皮，可以有效飛機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。地減小干擾阻力的大小。第二章第二章 第第 頁頁32 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，在平行于相對氣流方向出現(xiàn)阻礙飛機前進的力，這就是誘導(dǎo)阻力?，F(xiàn)阻礙飛機前進的力，這就是誘導(dǎo)阻力。第二章第二章 第第 頁頁33翼尖渦的形成翼尖渦的形成 正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用下，下翼面的氣流就會繞過翼尖流向上翼面。下，下翼面的

14、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。（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）第二章第二章 第第 頁頁34 正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用正常飛行時，下翼面的壓強比上翼面高，在上下翼面壓強差的作用下，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第二章第二章 第第 頁頁35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

15、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。第二章第二章 第第 頁頁36翼尖渦形成的進一步分析翼尖渦形成的進一步分析注意旋轉(zhuǎn)方向注意旋轉(zhuǎn)方向第二章第二章 第第 頁頁37翼尖渦的立體形態(tài)翼尖渦的立體形態(tài)第二章第二章 第第 頁頁38翼尖渦的形態(tài)翼尖渦的形態(tài)第二章第二章 第第 頁頁39下洗流（下洗流（DownWash）和下洗角）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。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場會覆蓋整個導(dǎo)速度

16、場，稱為下洗。在亞音速范圍內(nèi)，這下洗速度場會覆蓋整個飛機所處空間范圍。飛機所處空間范圍。第二章第二章 第第 頁頁40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的夾角稱為下洗角。第二章第二章 第第 頁頁41下洗速度沿翼展分布下洗速度沿翼展分布 不同平面形狀的機翼，沿展向下洗速度的分布是不一樣的。不同平面形狀的機翼，沿展向下洗速度的分布是不一樣的。第二章第二章 第第 頁頁42 誘導(dǎo)阻力

17、的產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生 有限展長機翼與無限展長機翼相比，由于前者存在翼尖渦和下洗有限展長機翼與無限展長機翼相比，由于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（即遠前方相對氣流方向）的分量較后者更大。這一沿飛行速度方向（即遠前方相對氣流方向）的分量較后者更大。這一增加的阻力即為誘導(dǎo)阻力。增加的阻力即為誘導(dǎo)阻力。LLD第二章第二章 第第 頁頁43影響誘導(dǎo)阻力的因素影響誘導(dǎo)阻力的因素機翼平面形狀：機翼平面形狀： 橢圓形機翼的誘導(dǎo)阻力最小。橢圓形機翼的誘導(dǎo)阻力最小。展弦比越大展弦比越大，誘導(dǎo)

18、阻力越小，誘導(dǎo)阻力越小升力越大，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)阻力第二章第二章 第第 頁頁44低展弦比使翼尖渦變低展弦比使翼尖渦變強，誘導(dǎo)阻力增加。強，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。展弦比對誘導(dǎo)阻力的影響展弦比對誘導(dǎo)阻力的影響第二章第二章 第第 頁頁45展弦比對誘導(dǎo)阻力的影響展弦比對誘導(dǎo)阻力的影響機翼展弦比倒數(shù)機翼展弦比倒數(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)不變第二章第二章 第第 頁頁46高展弦比飛機高展弦比飛機第二章第二章 第第 頁頁47空速大小對誘導(dǎo)阻力大小的影響空速大小對誘導(dǎo)阻力大小的影響阻力阻力誘導(dǎo)阻力誘導(dǎo)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