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)力第1頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一迎角相對(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)第2頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一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 第3頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一不同迎角對(duì)應(yīng)的壓力分布第4頁(yè)，共

2、39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一失速通常，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)。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。當(dāng)機(jī)翼迎角超過(guò)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。第5頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一視頻演示風(fēng)洞失速流線第6頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一第7頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，1

3、6點(diǎn)21分，星期一空氣動(dòng)力系數(shù) 升力系數(shù) Cy ( CL ) 阻力系數(shù) Cx ( CD )無(wú)因次量第8頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一升力特性曲線第9頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一Cy-曲線的特點(diǎn)Cy=0 的迎角(用0表示)一般為負(fù)值(04)；Cy- 曲線在一個(gè)較大的范圍內(nèi)是直線段；Cy有一個(gè)最大值Cy max，而在接近最大值Cy max前曲線上升的趨勢(shì)就已減緩。第10頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一彎度和迎角的作用第11頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一改變后緣彎度的作用第12頁(yè)，共39頁(yè)

4、，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一增升裝置襟翼（前、后緣）第13頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一簡(jiǎn)單襟翼第14頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一富勒襟翼第15頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一Boeing 727 三縫襟翼Boeing 727 Triple-Slotted Fowler Flap System 第16頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一F-14全翼展的前緣縫翼與后緣襟翼第17頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一前緣縫翼第18頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，

5、5月20日，16點(diǎn)21分，星期一縫翼和襟翼對(duì)升力系數(shù)的影響第19頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一力矩特性及焦點(diǎn)規(guī)定：使翼型抬頭的力矩為正升力的力矩 MzP = -Y1 ( x壓 - xP )用力矩系數(shù)的形式表示為零升力矩系數(shù) mz0焦點(diǎn) mzP不隨Cy而變化的點(diǎn) 升力增量作用點(diǎn)第20頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力摩擦阻力壓差阻力干擾阻力誘導(dǎo)阻力激波阻力第21頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力1：摩擦阻力由空氣的粘性造成附面層 ( 層流附面層 紊流附面層 )層流流動(dòng)，摩擦阻力??；紊流流動(dòng)，摩擦阻力大的多 - 盡

6、量使物體表面的流動(dòng)保持層流狀態(tài)附面層 第22頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力2：壓差阻力運(yùn)動(dòng)著的物體前后所形成的壓強(qiáng)差所產(chǎn)生的同物體的迎風(fēng)面積、形狀和在氣流中的位置都有很大的關(guān)系第23頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一迎面阻力摩擦阻力和壓差阻力合起來(lái)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第24頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一機(jī)翼的三元效應(yīng)上翼面壓強(qiáng)低，下翼面壓強(qiáng)高 - 壓差

7、- 漩渦 - 下洗第25頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力3：誘導(dǎo)阻力翼尖渦使流過(guò)機(jī)翼的氣流向下偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度（下洗）。升力與氣流方向垂直（向后傾斜），產(chǎn)生了向后的分力（阻力）誘導(dǎo)阻力同機(jī)翼的平面形狀，翼剖面形狀，展弦比，特別是同升力有關(guān)。伴隨升力而產(chǎn)生的第26頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力4：干擾阻力氣流流過(guò)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(kāi)始分離，產(chǎn)生旋渦，能量消耗和飛機(jī)不同部件之間的相對(duì)位置有關(guān)第27頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一阻力5：激波阻力屬于

8、壓差阻力第28頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一激波飛機(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)第29頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一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)速度傳播向四面八方飛行速度等于或超過(guò)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、而形成了激波第30頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一波阻能量的觀點(diǎn) 空氣通過(guò)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

9、滯產(chǎn)生的熱量來(lái)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(lái)。在這里，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化-由動(dòng)能變?yōu)闊崮堋?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(lái)，所以就叫做波阻激波前后氣流物理參數(shù)的變化 第31頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一機(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

10、加。這附加部分的阻力就是波阻。第32頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一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)面第33頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一第34頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一正激波和斜激波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(guò)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

11、。第35頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一臨界馬赫數(shù)上翼面流管收縮局部流速加快，大于遠(yuǎn)前方來(lái)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(lái)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)）第36頁(yè)，共39頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)21分，星期一局部激波當(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)匾羲伲植考げㄊ紫瘸霈F(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，而且當(dāng)速度進(jìn)一步增加時(shí)，機(jī)翼上下表面的局部激波還會(huì)向后移動(dòng)，并且下翼面的局部激波的移動(dòng)速度比上翼面的大，可能一