最新作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力

1、作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力 升力 更大的重量 阻力 更小發(fā)動(dòng)機(jī)功率問題：如何增大升力、減小阻力迎角迎角相對(duì)氣流方向與翼弦之間的夾角 angle of attack (aoa)不同于飛機(jī)的姿態(tài)升力升力氣流翼型上表面流線變密流管變細(xì)下表面平坦流線變化不大(與遠(yuǎn)前方流線相比) 連續(xù)性定理、伯努利定理翼型的上表面流管變細(xì)流管截面積減小氣流速度增大故壓強(qiáng)減小 翼型的下表面流管變化不大壓強(qiáng)基本不變 上下表面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差總空氣動(dòng)力r r的方向向后向上分力：升力l、阻力d 不同迎角對(duì)應(yīng)的壓力分布不同迎角對(duì)應(yīng)的壓力分布失速失速q通常，機(jī)翼的升力與迎角成正比。迎角增加，升力隨之增大(圖1、圖2)

2、。但是，當(dāng)迎角增大到某一值時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)相反的情況，即迎角增加升力反而急劇下降。這個(gè)迎角就稱為臨界迎角。q當(dāng)機(jī)翼迎角超過臨界點(diǎn)時(shí)，流經(jīng)上翼面的氣流會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重分離，形成大量渦流，升力大幅下降，阻力急劇增加。飛機(jī)減速并抖動(dòng)，各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕，隨后飛機(jī)下墜，機(jī)頭下俯，這種現(xiàn)象稱為失速。視頻演示視頻演示風(fēng)洞失速流線空氣動(dòng)力系數(shù)空氣動(dòng)力系數(shù)q 升力系數(shù) cy ( cl )q 阻力系數(shù) cx ( cd )q無因次量升力特性曲線升力特性曲線cy-曲線的特點(diǎn)曲線的特點(diǎn)qcy=0 的迎角(用0表示)一般為負(fù)值(04)；qcy- 曲線在一個(gè)較大的范圍內(nèi)是直線段；qcy有一個(gè)最大值cy max，而在接近

3、最大值cy max前曲線上升的趨勢(shì)就已減緩。彎度和迎角的作用彎度和迎角的作用改變后緣彎度的作用改變后緣彎度的作用增升裝置增升裝置襟翼（前、后緣）簡(jiǎn)單襟翼簡(jiǎn)單襟翼富勒襟翼富勒襟翼boeing 727 三縫襟翼三縫襟翼boeing 727 triple-slotted fowler flap system f-14全翼展的前緣縫翼與后緣襟翼全翼展的前緣縫翼與后緣襟翼前緣縫翼前緣縫翼縫翼和襟翼對(duì)升力系數(shù)的影響縫翼和襟翼對(duì)升力系數(shù)的影響力矩特性及焦點(diǎn)力矩特性及焦點(diǎn)規(guī)定：使翼型抬頭的力矩為正升力的力矩升力的力矩 mzp = -y1 ( x壓 - xp )用力矩系數(shù)的形式表示為用力矩系數(shù)的形式表示為)(_

4、)(212pybxxysbvmzpxxccmpzp壓壓零升力矩系數(shù)零升力矩系數(shù) mz0焦點(diǎn)焦點(diǎn) mzp不隨不隨cy而變化的點(diǎn)而變化的點(diǎn) 升力增量升力增量作用點(diǎn)作用點(diǎn)阻力阻力 摩擦阻力 壓差阻力 干擾阻力誘導(dǎo)阻力激波阻力阻力阻力1：摩擦阻力：摩擦阻力q由空氣的粘性造成由空氣的粘性造成q附面層附面層 ( 層流附面層 紊流附面層 )q層流流動(dòng)，摩擦阻力小層流流動(dòng)，摩擦阻力??；紊流流動(dòng)紊流流動(dòng)，摩擦阻力大的多摩擦阻力大的多 - 盡量盡量使物體表面的流動(dòng)保持層流狀態(tài)使物體表面的流動(dòng)保持層流狀態(tài)附面層 阻力阻力2：壓差阻力：壓差阻力q運(yùn)動(dòng)著的物體前后所形成的壓強(qiáng)差所運(yùn)動(dòng)著的物體前后所形成的壓強(qiáng)差所產(chǎn)生產(chǎn)生

5、的的q同物體的迎風(fēng)面積、形狀和在氣流中的位置都同物體的迎風(fēng)面積、形狀和在氣流中的位置都有很大的關(guān)系有很大的關(guān)系迎面阻力迎面阻力 摩擦阻力和壓差阻力合起來叫做“迎面阻力”一個(gè)物體究竟哪種阻力占主要部分，主要取決于物體的形狀 流線體，迎面阻力中主要是摩擦阻力 遠(yuǎn)離流線體的式樣，壓差阻力占主要部分，摩擦阻力則居次要位置，且總的迎面阻力也較大機(jī)翼的三元效應(yīng)機(jī)翼的三元效應(yīng)上翼面壓強(qiáng)低，下翼面壓強(qiáng)高 - 壓差 - 漩渦 - 下洗阻力阻力3：誘導(dǎo)阻力：誘導(dǎo)阻力q翼尖渦使翼尖渦使流過機(jī)翼流過機(jī)翼的氣流向下的氣流向下偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度（下洗）（下洗）。升力與氣流方向垂直（向后傾升力與氣流方向垂直（向后傾斜

6、），產(chǎn)生了向后的分力（阻力）斜），產(chǎn)生了向后的分力（阻力）q誘導(dǎo)阻力同機(jī)翼的平面形狀，翼剖面形狀，誘導(dǎo)阻力同機(jī)翼的平面形狀，翼剖面形狀，展弦比，特別是同展弦比，特別是同升升力有關(guān)。力有關(guān)。伴隨升力而產(chǎn)生的伴隨升力而產(chǎn)生的阻力阻力4：干擾阻力：干擾阻力q氣流流過翼-身連接處，由于部件形狀的關(guān)系，形成了一個(gè)氣流的通道。b處高壓區(qū)形成氣流阻塞，使氣流開始分離，產(chǎn)生旋渦，能量消耗q和飛機(jī)不同部件之間的相對(duì)位置有關(guān)阻力阻力5：激波阻力：激波阻力屬于壓差阻力激波激波飛機(jī)飛行 - 對(duì)空氣產(chǎn)生擾動(dòng)擾動(dòng)(以擾動(dòng)波的形式)以音速傳播,積聚激波形成原理激波照片(m=3)飛行速度小于音速時(shí)擾動(dòng)波的傳播速度大于飛機(jī)前進(jìn)

7、速度傳播向四面八方飛行速度等于或超過音速時(shí)擾動(dòng)波的傳播速度等于或小于飛機(jī)前進(jìn)速度后續(xù)時(shí)間的擾動(dòng)就會(huì)同已有的擾動(dòng)波疊加在一起形成較強(qiáng)的波，空氣受到強(qiáng)烈的壓縮、而形成了激波波阻波阻能量的觀點(diǎn) 空氣通過激波時(shí)，受到薄薄一層稠密空氣的阻滯，使得氣流速度急驟降低，由阻滯產(chǎn)生的熱量來不及散布，于是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動(dòng)能而來。在這里，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化-由動(dòng)能變?yōu)闊崮?。?dòng)能的消耗表示產(chǎn)生了一種特別的阻力。這一阻力由于隨激波的形成而來，所以就叫做波阻激波前后氣流物理參數(shù)的變激波前后氣流物理參數(shù)的變化化 機(jī)翼上壓強(qiáng)分布的觀點(diǎn)亞音速，最大稀薄度靠前，壓強(qiáng)分布沿著與飛行相反的方向上的合力，不是很大，即阻

8、力不是很大。超音速情況下，最大稀薄度向后遠(yuǎn)遠(yuǎn)地移動(dòng)到尾部，而且向后傾斜得很厲害，同時(shí)它的絕對(duì)值也有增加。因此，如果再考慮機(jī)翼頭部壓強(qiáng)的升高，那么壓強(qiáng)分布沿與飛行相反方向的合力，急劇增大，使得整個(gè)機(jī)翼的總阻力相應(yīng)有很大的增加。這附加部分的阻力就是波阻。john gay拍攝 1999年7月7日f/a 18-c hornet 在航母附近低高度（75英尺）超音速飛行的場(chǎng)面正激波和斜激波正激波和斜激波ma=1 正激波ma1 鈍頭：正激波 尖頭：斜激波正激波的波阻大，空氣被壓縮很厲害，激波后的空氣壓強(qiáng)、溫度和密度急劇上升，氣流通過時(shí)，空氣微團(tuán)受到的阻滯強(qiáng)烈，速度大大降低，動(dòng)能消耗很大，這表明產(chǎn)生的波阻很大。斜激波波阻較小，傾斜的越厲害，波阻就越小。臨界馬赫數(shù)臨界馬赫數(shù)上翼面流管收縮局部流速加快，大于遠(yuǎn)前方來流速度局部流速的加快 局部溫度降低 局部音速下降當(dāng)翼型上最大速度點(diǎn)的速度增加到等于當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，遠(yuǎn)前方來流速度v就叫做此翼型的臨界速度（對(duì)應(yīng)臨界馬赫數(shù)）局部激波局部激波當(dāng)mmcr以后，在翼型上表面等音速點(diǎn)后面，由于翼型表面的連續(xù)外凸，流管擴(kuò)張，空氣膨脹加速，出現(xiàn)局部超音速區(qū)。 通常機(jī)翼上表面會(huì)首先達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲?，局部激波首先出現(xiàn)在上翼面。隨著速度的增加，下翼面也會(huì)出現(xiàn)局部激波，而且