飛行原理-第二章飛機的低速空氣動力2.3-阻力

1、第二章飛機的低速空氣動力飛行原理/CAFUC本章主要內容2.1 空氣流動的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飛機的低速空氣動力特性2.5 增升裝置的增升原理第二章 第 頁22.3 阻力飛行原理/CAFUC 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穩(wěn)定飛行。升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag第二章 第 頁4阻力的分類 對于低速飛機，根據阻力的形成原因，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)誘導阻力(Induced Drag)廢阻

2、力(Parasite Drag)升力粘性第二章 第 頁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6附面層厚度較薄第二章 第 頁7無粘流動沿物面法線方向速度一致粘性流動沿物面法線方向速度不一致“附面層”無粘流動和粘性流動附面層的形成是受到粘性的影響。第二章 第 頁8附面層的特點附面層內沿物面法向方向壓強不變且等于法線主流壓強。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壓，它使理想流體的結論有了現實意義。第二章 第 頁9附面層厚度隨氣流流經物面的距離增長而增

3、厚。l第二章 第 頁10附面層厚度隨氣流流經物面的距離增長而增厚。l第二章 第 頁11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，紊流在后。層流與紊流之間的過渡區(qū)稱為轉捩點。轉捩點層流附面層紊流附面層第二章 第 頁12層流的不穩(wěn)定性123abc第二章 第 頁13層流附面層和紊流附面層的速度型第二章 第 頁142.3.2 阻力的產生摩擦阻力(Skin Friction Drag)壓差阻力(Form Drag)干擾阻力(Interference Drag)誘導阻力(Induced Drag)廢阻力(Parasite Drag)升力粘性第二章 第 頁15摩擦阻力 由于緊貼飛機表面的空

4、氣受到阻礙作用而流速降低到零，根據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。第二章 第 頁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。 摩擦阻力的大小與附面層的類型密切相關，此外還取決于空氣與飛機的接觸面積和飛機的表面狀況。第二章 第 頁17摩擦阻力在飛機總阻力構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25-30%大型運輸機40%小型公務機50%水下物體70%船舶90%第二章 第 頁18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力差，導致氣流附面層分

5、離，從而產生的阻力。第二章 第 頁19順壓梯度與逆壓梯度順壓：A到B，沿流向壓力逐漸減小，如機翼上表面前段。逆壓：B到C，沿流向壓力逐漸增加，如機翼上表面后段。ABC第二章 第 頁20附面層分離 在逆壓梯度作用下，附面層底層出現倒流，與上層順流 相互作用，形成漩渦脫離物體表面的現象。分離點第二章 第 頁21分離區(qū)的特點一 分離區(qū)內漩渦是一個個單獨產生的，它導致機翼的振動。第二章 第 頁22分離區(qū)的特點二分離區(qū)內壓強幾乎相等，并且等于分離點處的壓強。P分離點P1P2P3P4P分離點 = P1 = P2 = P3 = P4第二章 第 頁23分離區(qū)的特點三 附面層分離的內因是空氣的粘性，外因是因物體

6、表面彎曲而出現的逆壓梯度。ABC第二章 第 頁24分離點與最小壓力點的位置ABC最小壓力點分離點第二章 第 頁25分離點與轉捩點的區(qū)別層流變?yōu)槲闪鳎ㄞD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)。轉捩和分離的物理含義完全不同。第二章 第 頁26壓差阻力的產生 氣流流過機翼后，在機翼的后緣部分產生附面層分離形成渦流區(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生了壓力差，從而使機翼產生壓差阻力。第二章 第 頁27分離點位置與壓差阻力大小的關系分離點靠前，壓差阻力大。分離點靠后，壓差阻力小。ABCC第二章 第 頁28影響壓差阻力的因素 總的來說，飛機壓差

7、阻力與迎風面積、形狀和迎角有關。迎風面積大，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成中所占比例較小。第二章 第 頁29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它們組合成一個整體所產生的阻力，這種由于各部件氣流之間的相互干擾而產生的額外阻力，稱為干擾阻力。第二章 第 頁30干擾阻力的消除干擾阻力在飛機總阻力中所占比例較小。 飛機各部件之間的平滑過渡和整流包皮，可以有效地減小干擾阻力的大小。第二章 第 頁31誘導阻力 由于翼尖渦的誘導，導致氣流下洗，在平行于相對氣流方向出現阻礙飛機前進的力，這就是誘導阻力。第二章 第 頁32翼尖渦的形成 正常飛行時，

8、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。這樣形成的漩渦流稱為翼尖渦。（注意旋轉方向）第二章 第 頁33 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35翼尖渦形成的進一步分析注意旋轉方向第二章 第 頁36翼尖渦的立體形態(tài)第二章 第 頁37翼尖渦的形態(tài)第二章 第 頁38下洗流（Down

9、Wash）和下洗角 由于兩個翼尖渦的存在，會導致在翼展范圍內出現一個向下的誘導速度場，稱為下洗。在亞音速范圍內，這下洗速度場會覆蓋整個飛機所處空間范圍。第二章 第 頁39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。第二章 第 頁40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。第二章 第 頁41誘導阻力的產生 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速度場，導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

10、更大。這一增加的阻力即為誘導阻力。LLD第二章 第 頁42影響誘導阻力的因素機翼平面形狀： 橢圓形機翼的誘導阻力最小。展弦比越大，誘導阻力越小升力越大，誘導阻力越大平直飛行中，誘導阻力與飛行速度平方成反比翼梢小翼可以減小誘導阻力第二章 第 頁43低展弦比使翼尖渦變強，誘導阻力增加。高展弦比使翼尖渦減弱，誘導阻力變小。展弦比對誘導阻力的影響第二章 第 頁44展弦比對誘導阻力的影響機翼展弦比倒數誘導阻力系數減少的百分比升力系數不變第二章 第 頁45高展弦比飛機第二章 第 頁46空速大小對誘導阻力大小的影響阻力誘導阻力空速空速小，下洗角大，誘導阻力大空速大，下洗角小，誘導阻力小第二章 第 頁47翼梢小翼第二章 第 頁48翼梢小翼可以減小誘導阻力第二章 第 頁49翼梢小翼可以減小誘導阻力 翼梢小翼改變了機翼沿展向分布的翼載荷。第二章 第 頁50翼梢小翼可以減小總阻力第二章 第 頁51阻力公式飛機的阻力系數飛機的飛行動壓機翼的面積。第二章 第 頁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)誘導阻力(Induc