飛行原理-第二章飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力2.3-阻力

1、第二章飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力飛行原理/CAFUC本章主要內(nèi)容2.1 空氣流動(dòng)的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飛機(jī)的低速空氣動(dòng)力特性2.5 增升裝置的增升原理第二章 第 頁(yè)22.3 阻力飛行原理/CAFUC 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)法穩(wěn)定飛行。升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag第二章 第 頁(yè)4阻力的分類 對(duì)于低速飛機(jī)，根據(jù)阻力的形成原因，可將阻力分為：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

2、力(Parasite Drag)升力粘性第二章 第 頁(yè)52.3.1 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(dòng)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第二章 第 頁(yè)6附面層厚度較薄第二章 第 頁(yè)7無(wú)粘流動(dòng)沿物面法線方向速度一致粘性流動(dòng)沿物面法線方向速度不一致“附面層”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。第二章 第 頁(yè)8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)的靜壓，它使理想流體的結(jié)論有了現(xiàn)實(shí)意義。第二章 第 頁(yè)9附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增

3、厚。l第二章 第 頁(yè)10附面層厚度隨氣流流經(jīng)物面的距離增長(zhǎng)而增厚。l第二章 第 頁(yè)11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，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)層流附面層紊流附面層第二章 第 頁(yè)12層流的不穩(wěn)定性123abc第二章 第 頁(yè)13層流附面層和紊流附面層的速度型第二章 第 頁(yè)142.3.2 阻力的產(chǎn)生摩擦阻力(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)升力粘性第二章 第 頁(yè)15摩擦阻力 由于緊貼飛機(jī)表面的空

4、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)反作用力與飛行方向相反，稱為摩擦阻力。第二章 第 頁(yè)16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。第二章 第 頁(yè)17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%第二章 第 頁(yè)18壓差阻力 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

5、離，從而產(chǎn)生的阻力。第二章 第 頁(yè)19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。ABC第二章 第 頁(yè)20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(diǎn)第二章 第 頁(yè)21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)。第二章 第 頁(yè)22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)。P分離點(diǎn)P1P2P3P4P分離點(diǎn) = P1 = P2 = P3 = P4第二章 第 頁(yè)23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

6、表面彎曲而出現(xiàn)的逆壓梯度。ABC第二章 第 頁(yè)24分離點(diǎn)與最小壓力點(diǎn)的位置ABC最小壓力點(diǎn)分離點(diǎn)第二章 第 頁(yè)25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）。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。第二章 第 頁(yè)26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。第二章 第 頁(yè)27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)靠后，壓差阻力小。ABCC第二章 第 頁(yè)28影響壓差阻力的因素 總的來(lái)說(shuō)，飛機(jī)壓差

7、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。第二章 第 頁(yè)29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。第二章 第 頁(yè)30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(guò)渡和整流包皮，可以有效地減小干擾阻力的大小。第二章 第 頁(yè)31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)氣流方向出現(xiàn)阻礙飛機(jī)前進(jìn)的力，這就是誘導(dǎo)阻力。第二章 第 頁(yè)32翼尖渦的形成 正常飛行時(shí)，

8、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。這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（注意旋轉(zhuǎn)方向）第二章 第 頁(yè)33 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)翼的翼根向翼尖傾斜，上翼面反之。翼尖渦的形成第二章 第 頁(yè)34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。第二章 第 頁(yè)35翼尖渦形成的進(jìn)一步分析注意旋轉(zhuǎn)方向第二章 第 頁(yè)36翼尖渦的立體形態(tài)第二章 第 頁(yè)37翼尖渦的形態(tài)第二章 第 頁(yè)38下洗流（Down

9、Wash）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。第二章 第 頁(yè)39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。第二章 第 頁(yè)40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。第二章 第 頁(yè)41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

10、更大。這一增加的阻力即為誘導(dǎo)阻力。LLD第二章 第 頁(yè)42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成反比翼梢小翼可以減小誘導(dǎo)阻力第二章 第 頁(yè)43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(duì)誘導(dǎo)阻力的影響第二章 第 頁(yè)44展弦比對(duì)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)不變第二章 第 頁(yè)45高展弦比飛機(jī)第二章 第 頁(yè)46空速大小對(duì)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)阻力小第二章 第 頁(yè)47翼梢小翼第二章 第 頁(yè)48翼梢小翼可以減小誘導(dǎo)阻力第二章 第 頁(yè)49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。第二章 第 頁(yè)50翼梢小翼可以減小總阻力第二章 第 頁(yè)51阻力公式飛機(jī)的阻力系數(shù)飛機(jī)的飛行動(dòng)壓機(jī)翼的面積。第二章 第 頁(yè)52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(Induc