飛機(jī)升力和阻力

飛機(jī)升力和阻力演示文稿當(dāng)前1頁，總共23頁。飛機(jī)升力和阻力當(dāng)前2頁，總共23頁。作用在飛機(jī)上的空氣動力總空氣動力作用在飛機(jī)上的空氣動力總和壓力中心總空氣動力作用線與飛機(jī)縱軸的交點(diǎn)升力在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在垂直來流方向上的分量阻力在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在平行來流方向上的分量當(dāng)前3頁，總共23頁。機(jī)翼的升力庫塔-茹科夫斯基升力定理空氣相對機(jī)翼流動時(shí)，空氣與飛機(jī)表面之間存在粘滯阻力。貼近機(jī)翼上表面的氣流速度較?。毁N近機(jī)翼下表面的氣流速度較大，二者在機(jī)翼尾部匯合時(shí)產(chǎn)生渦流——起動渦流。據(jù)角動量守恒定律，在渦流出現(xiàn)角動量的同時(shí)，必然同時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)角動量，它與渦流所產(chǎn)生角動量的方向相反。這個(gè)角動量由圍繞機(jī)翼流動的“環(huán)流”產(chǎn)生。環(huán)流速度與原來速度疊加，導(dǎo)致上方流速大，下方流速小。當(dāng)前4頁，總共23頁。機(jī)翼的升力伯努利定律：隨著流體流速的增加，其壓力減小。在機(jī)翼上表面,流速快,壓力降低，產(chǎn)生吸力。在機(jī)翼下表面,流速慢,壓力增大，產(chǎn)生正壓力。凡是比大氣壓力低的叫吸力(負(fù)壓力)，凡是比大氣壓力高的叫壓力(正壓力)。當(dāng)前5頁，總共23頁。

機(jī)翼升力的產(chǎn)生主要是靠上表面吸力的作用，而不是主要靠下表面的壓力高于大氣壓的情況下，由上表面吸力所形成的升力,一般占總升力的60%到80%左右。當(dāng)前6頁，總共23頁。二、阻力1、摩擦阻力2、壓差阻力3、誘導(dǎo)阻力4、形狀阻力5、波阻（高速飛機(jī)）當(dāng)前7頁，總共23頁。（一）摩擦阻力形成附面層，就是指，空氣流過飛機(jī)時(shí)，貼近飛機(jī)表面、氣流速度由層外主流速度逐漸降低為零的那一層空氣流動層。

附面層內(nèi)，氣流速度之所以越貼近飛機(jī)表面越慢，是由于這些流動空氣受到了飛機(jī)表面給它的向前的作用，這些被減慢的空氣，也必然要給飛機(jī)表面一個(gè)向后的反作用力，這就是飛機(jī)表面的摩擦阻力。一、摩擦阻力1、附面層當(dāng)前8頁，總共23頁。2、附面層的分類：附面層按其性質(zhì)不同，可分為：層流附面層和紊流附面層。就機(jī)翼而言，一般在最大厚度以前的部份叫層流附面層。在這之后的部份是紊流附面層。

紊流附面層的摩擦阻力要比層流附面層的摩擦阻力大得多。因此，盡可能在機(jī)翼上保持層流附面層，對于減小阻力是有利的。層流翼型，就是這樣設(shè)計(jì)的。當(dāng)前9頁，總共23頁。影響摩擦阻力的因素摩擦阻力的大小取決于飛機(jī)浸潤面積、飛機(jī)表面的粗糙度及附面層的流動狀態(tài)。紊流附面層的摩擦阻力較大，在飛行速度較高的飛機(jī)上多采用層流翼型。使用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)，發(fā)動機(jī)推力直接用于飛行控制，飛機(jī)的尾翼可以減小或者去除，這樣就可以大大地減小摩擦阻力。當(dāng)前10頁，總共23頁。二、壓差阻力

空氣流過機(jī)翼時(shí)，在機(jī)翼前緣部分，受機(jī)翼阻擋，流速減慢，壓力增大；在機(jī)翼后緣，由于氣流分離形成渦流區(qū)，壓力減小。這樣，機(jī)翼前后便產(chǎn)生壓力差，形成阻力。機(jī)身、尾翼等飛機(jī)的其它部件都會產(chǎn)生壓差阻力。（一）壓差阻力產(chǎn)生的原因物體在空氣中運(yùn)動時(shí)，在物體前后產(chǎn)生的壓強(qiáng)差引起的阻力。當(dāng)前11頁，總共23頁。

在最低壓力點(diǎn)之前，附面層內(nèi)的氣流雖受粘性摩擦的阻滯作用，使之沿途不斷減速，但在順氣壓的推動下，其結(jié)果氣流仍能加速向后流去。在最低壓力點(diǎn)之后情況就不一樣了。附面層內(nèi)的氣流除了要克服粘性摩擦的陰滯作用外，還要克服反壓的作用，因此氣流速度迅速減小，到達(dá)某一位置，附面層底層空氣就會完全停止下來，速度降低為零，空氣再不能向后流動。

在分離點(diǎn)之后,附面層底層空氣在反壓作用下開始向前倒流。于是附面層中逆流而上的空氣與順流而下的空氣相頂碰,就使附面層氣流脫離機(jī)翼表面，而卷進(jìn)主流。這時(shí)，就形成大量逆流和旋渦而形成氣流分離現(xiàn)象。1、為什么機(jī)翼后緣會出現(xiàn)氣流分離當(dāng)前12頁，總共23頁。如果空氣流過機(jī)翼上下表面不產(chǎn)生氣流分離，則在機(jī)翼后部，上下表面氣流重新匯合，流速和壓力都會恢復(fù)到與機(jī)翼前部相等。這樣,機(jī)翼前、后不會出現(xiàn)壓力差而形成壓差阻力。事實(shí)上，當(dāng)空氣流到機(jī)翼后部會產(chǎn)生氣流分離而形成渦流區(qū)。渦流區(qū)中，由于產(chǎn)生了旋渦,空氣迅速轉(zhuǎn)動,一部分動能因摩擦而損耗，即使流速可以恢復(fù)到與機(jī)翼前部的流速相等，而壓力卻恢復(fù)不到原來的大小，比機(jī)翼前部的壓力要小。2、為什么機(jī)翼后緣渦流區(qū)中壓力會有所減?。慨?dāng)前13頁，總共23頁。2、壓差阻力與物體的迎風(fēng)面積、形狀和物體在氣流中的相對位置有很大關(guān)系。迎風(fēng)面積越大,壓差阻力越大。象水滴那樣的，前端園鈍，后面尖細(xì)的流線形物體,壓差阻力最小。物體相對于氣流的角度越大，壓差阻力越大。（二）影響壓差阻力的因素1、渦流區(qū)的壓力與分離點(diǎn)處氣流的壓力,其大小相差不多。這就是說：分離點(diǎn)靠機(jī)翼后緣，渦流區(qū)的壓力比較大；分離點(diǎn)離開機(jī)翼后緣越遠(yuǎn)，渦流區(qū)的壓力就越小。3、機(jī)翼采用合適的安裝角和飛機(jī)在飛行中進(jìn)行配平，其目的就是減小壓差阻力提高經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前14頁，總共23頁。三、誘導(dǎo)阻力

由于翼展的長度是有限的，所以上下翼面的壓強(qiáng)差使得氣流從下翼面繞過兩端翼尖，向上翼面流動，并在翼尖處不斷形成旋渦。隨著飛機(jī)向前方飛行，旋渦就從翼尖向后方流動，產(chǎn)生下洗速，使相對氣流產(chǎn)生下洗角。（一）誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生當(dāng)前15頁，總共23頁。

實(shí)際升力是和洗流方向垂直的。把實(shí)際升力分解成垂直于飛行速度方向和平等于飛行速度方向的兩個(gè)分力。垂直于飛行速度方向的分力，仍起著升力的作用,這就是我們經(jīng)常使用的升力。平行于飛行速度方向的分力，則起著阻礙飛機(jī)前進(jìn)的作用,成為一部份附加阻力，這一部分附加阻力稱為誘導(dǎo)阻力。當(dāng)前16頁，總共23頁。

誘導(dǎo)阻力的大小與機(jī)翼的升力和展弦比有很大關(guān)系。升力越大，誘導(dǎo)阻力越大。展弦比越大，誘導(dǎo)阻力越小。（二）影響誘導(dǎo)阻力的因素為減小下洗的影響，可采取大的展弦比、橢圓形或梯形機(jī)翼及增設(shè)翼尖小翼等措施。當(dāng)前17頁，總共23頁。飛機(jī)的干擾阻力又包括機(jī)翼機(jī)身之間的干擾阻力，尾翼機(jī)身之間的干擾阻力以及機(jī)翼尾翼之間的干擾阻力等。

飛機(jī)的各個(gè)部件，單獨(dú)放在氣流中所產(chǎn)生的阻力的總和并不等于、而是往往小于把它們組成一個(gè)整體時(shí)所產(chǎn)生的阻力。干擾阻力是由于流經(jīng)飛機(jī)各部分之間的氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。四、干擾阻力（一）干擾阻力的產(chǎn)生機(jī)翼機(jī)身干擾阻力的產(chǎn)生當(dāng)機(jī)翼和機(jī)身組合在一起時(shí)，機(jī)身的側(cè)面和機(jī)翼翼面之間之間形成一個(gè)橫截面積先收縮后擴(kuò)張的通道，低速氣流流過擴(kuò)張通道時(shí)，因逆壓梯度的作用使附面層產(chǎn)生嚴(yán)重的分離，出現(xiàn)額外的粘性壓差阻力。當(dāng)前18頁，總共23頁。（二）減少干擾阻力的措施確布局飛機(jī)各部件之間的相對位置、在各部件連接處加裝合適的“整流片”，是減小干擾阻力的有效措施。中單翼飛機(jī)的干擾阻力最小，下單翼最大，上單翼居中。當(dāng)前19頁，總共23頁。低速飛機(jī)各種阻力隨飛行速度和迎角的變化情況廢阻隨速度提高而增大。高速飛行時(shí)廢阻占主導(dǎo)地位。誘導(dǎo)阻力隨速度提高（迎角減小的過程）而減小。低速飛行時(shí)誘導(dǎo)阻力占主導(dǎo)地位。小迎角飛行時(shí)廢阻中的摩擦阻力占主導(dǎo)地位，大迎角飛行時(shí)壓差阻力占主導(dǎo)地位。當(dāng)前20頁，總共23頁。當(dāng)物體以音速或超音速運(yùn)動時(shí)，擾動波的傳播速度等于或小于飛機(jī)前進(jìn)速度，這樣，后續(xù)時(shí)間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起，形成較強(qiáng)的波，空氣遭到強(qiáng)烈的壓縮、而形成了激波。五、波阻氣流通過激波時(shí)，能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，由動能轉(zhuǎn)化為熱能。動能的消耗表示產(chǎn)生了新的阻力——波阻。當(dāng)前21頁，總共23頁。激波的分類：

按相對于飛行速度（或氣流速度）成垂直或成偏斜的狀態(tài)，有正激波和斜激波兩種不同的形狀。正激波的波阻要比斜激波大，斜激波傾斜的越厲害，波阻就越小。當(dāng)前22頁，總共23頁。