作用在飛機上的空氣動力

1、作用在飛機上的空氣動力第1頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一迎角相對氣流方向與翼弦之間的夾角 Angle of Attack (AoA)不同于飛機的姿態(tài)第2頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一升力氣流翼型上表面流線變密流管變細下表面平坦流線變化不大(與遠前方流線相比) 連續(xù)性定理、伯努利定理翼型的上表面流管變細流管截面積減小氣流速度增大故壓強減小 翼型的下表面流管變化不大壓強基本不變 上下表面產(chǎn)生了壓強差總空氣動力R R的方向向后向上分力：升力L、阻力D 第3頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一不同迎角對應的壓力分布第4頁，共

2、39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一失速通常，機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，當迎角增大到某一值時，則會出現(xiàn)相反的情況，即迎角增加升力反而急劇下降。這個迎角就稱為臨界迎角。當機翼迎角超過臨界點時，流經(jīng)上翼面的氣流會出現(xiàn)嚴重分離，形成大量渦流，升力大幅下降，阻力急劇增加。飛機減速并抖動，各操縱面?zhèn)鞯綏U、舵上的外力變輕，隨后飛機下墜，機頭下俯，這種現(xiàn)象稱為失速。第5頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一視頻演示風洞失速流線第6頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一第7頁，共39頁，2022年，5月20日，1

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

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

5、5月20日，16點21分，星期一縫翼和襟翼對升力系數(shù)的影響第19頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一力矩特性及焦點規(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 mzP不隨Cy而變化的點 升力增量作用點第20頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一阻力摩擦阻力壓差阻力干擾阻力誘導阻力激波阻力第21頁，共39頁，2022年，5月20日，16點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，摩擦阻力小；紊流流動，摩擦阻力大的多 - 盡

6、量使物體表面的流動保持層流狀態(tài)附面層 第22頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一阻力2：壓差阻力運動著的物體前后所形成的壓強差所產(chǎn)生的同物體的迎風面積、形狀和在氣流中的位置都有很大的關(guān)系第23頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一迎面阻力摩擦阻力和壓差阻力合起來叫做“迎面阻力”一個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，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一機翼的三元效應上翼面壓強低，下翼面壓強高 - 壓差

7、- 漩渦 - 下洗第25頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一阻力3：誘導阻力翼尖渦使流過機翼的氣流向下偏轉(zhuǎn)一個角度（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）誘導阻力同機翼的平面形狀，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，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一阻力4：干擾阻力氣流流過翼-身連接處，由于部件形狀的關(guān)系，形成了一個氣流的通道。B處高壓區(qū)形成氣流阻塞，使氣流開始分離，產(chǎn)生旋渦，能量消耗和飛機不同部件之間的相對位置有關(guān)第27頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一阻力5：激波阻力屬于

8、壓差阻力第28頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一激波飛機飛行 - 對空氣產(chǎn)生擾動擾動(以擾動波的形式)以音速傳播,積聚激波形成原理激波照片(M=3)第29頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一飛行速度小于音速時擾動波的傳播速度大于飛機前進速度傳播向四面八方飛行速度等于或超過音速時擾動波的傳播速度等于或小于飛機前進速度后續(xù)時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起形成較強的波，空氣受到強烈的壓縮、而形成了激波第30頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一波阻能量的觀點 空氣通過激波時，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)生的熱量來不及散布，于是加熱了空氣。加熱所需的能量由消耗的動能而來。在這里，能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化-由動能變?yōu)闊崮堋幽艿南谋硎井a(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)的變化 第31頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一機翼上壓強分布的觀點亞音速，最大稀薄度靠前，壓強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，最大稀薄度向后遠遠地移動到尾部，而且向后傾斜得很厲害，同時它的絕對值也有增加。因此，如果再考慮機翼頭部壓強的升高，那么壓強分布沿與飛行相反方向的合力，急劇增大，使得整個機翼的總阻力相應有很大的增

10、加。這附加部分的阻力就是波阻。第32頁，共39頁，2022年，5月20日，16點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）超音速飛行的場面第33頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一第34頁，共39頁，2022年，5月20日，16點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、溫度和密度急劇上升，氣流通過時，空氣微團受到的阻滯強烈，速度大大降低，動能消耗很大，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，共39頁，2022年，5月20日，16點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 局部音速下降當翼型上最大速度點的速度增加到等于當?shù)匾羲贂r，遠前方來流速度v就叫做此翼型的臨界速度（對應臨界馬赫數(shù)）第36頁，共39頁，2022年，5月20日，16點21分，星期一局部激波當MMcr以后，在翼型上表面等音速點后面，由于翼型表面的連續(xù)外凸，流管擴張，空氣膨脹加速，出現(xiàn)局部超音速區(qū)。 通常機翼上表面會首先達到當?shù)匾羲?，局部激波首先出現(xiàn)在上翼面。隨著速度的增加，下翼面也會出現(xiàn)局部激波，而且當速度進一步增加時，機翼上下表面的局部激波還會向后移動，并且下翼面的局部激波的移動速度比上翼面的大，可能一