后掠翼及翼根翼尖效應課件講解

飛機高速空氣動力空氣動力學基礎與飛行原理xxx廣州民航職業(yè)技術學院目錄CONTENTS空氣動力學基礎與飛行原理高速氣流特性一激波與膨脹波二高速空氣動力特性三高速機翼設計四其他高速氣動設計五現(xiàn)代高速飛機很多采用后掠翼或三角翼，目的是為了提高臨界馬赫數(shù)空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼的高速氣動特性民航客機也使用后掠機翼，降低高亞聲速巡航的阻力對稱氣流流過后掠機翼，氣流可以分解為空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼的氣流特性一部分與前緣垂直，稱為垂直分速度Vn兩個分速度與氣流速度的關系為：另一部分與前緣平行，稱為平行分速度Vt沿著平行于前緣的方向，氣流一般不會受到阻滯垂直于前緣方向，氣流需要“翻山越嶺”越過機翼引起沿途的壓力變化，對后掠翼的壓力分布起決定作用，從而決定了升力和阻力特性。垂直分速度又稱有效分速度后掠角增大，可明顯降低有效分速度空氣動力學基礎與飛行原理后掠角的作用延緩激波的產(chǎn)生帕納維亞“狂風”式戰(zhàn)斗機：起降時使用最小后掠角，高速飛行時增大機翼后掠角氣流流過后掠翼，切向分速度Vt不會變化，但法向分速度Vn會變化空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼機翼平面的流動特性氣流流經(jīng)前緣時，Vt不變；Vn受到前緣阻滯，速度減小，氣流向翼梢偏移氣流流經(jīng)機翼上表面時，Vt不變；Vn流過機翼上表面的凸起，速度增大，氣流又逐漸轉(zhuǎn)向翼根氣流向機翼后緣，Vt不變；Vn流向后緣，速度又逐漸變小，氣流方向由翼根又向翼尖偏折氣流流線呈S形空氣動力學基礎與飛行原理翼根效應和翼尖效應氣流流過后掠翼，流線左右傾斜會形成翼根和翼尖效應在機翼前緣，流線偏離飛機對稱面，流管擴張變粗在機翼后部，流線靠近飛機對稱面，流管收縮變細亞聲速條件下的翼根機翼前緣流速變慢，壓力增加，吸力降低機翼后段流速加快，壓力降低，吸力增加與直機翼相比，后掠翼的壓力分布更加平緩這種現(xiàn)象叫做翼根效應空氣動力學基礎與飛行原理翼根效應和翼尖效應翼尖效應：在翼尖部分，情況則相反翼尖外側的氣流仍按原來的規(guī)律流動在翼尖前緣，流線向外側傾斜，流管變細，流速加快，壓力變小，吸力峰變陡在翼尖后部，流線向內(nèi)側傾斜，流管變粗，流速放慢，壓力增大，吸力變小從翼根到翼梢，吸力峰逐漸向前移動空氣動力學基礎與飛行原理翼根效應和翼尖效應與平直翼相比，翼根吸力峰被削弱，翼尖吸力峰增強后掠翼的吸力峰，沿著展向分布，呈現(xiàn)出“兩邊高，中間低”的特點后掠翼：從翼根到翼尖，吸力峰大小發(fā)生變化空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼的跨聲速氣動特性但隨著飛行速度的提高，飛機仍然不可避免地進入跨聲速階段雖然后掠翼可提高飛機的臨界馬赫數(shù)在后掠翼的根部，由于翼根效應的影響，吸力峰靠后，激波出現(xiàn)得較晚，臨界馬赫數(shù)較大在后掠翼的梢部，由于翼尖效應的影響，吸力峰靠前，激波出現(xiàn)得較早，臨界馬赫數(shù)較小后掠翼臨界馬赫數(shù)這樣計算前緣后掠角越大，臨界馬赫數(shù)越大平直機翼的臨界馬赫數(shù)翼尖激波空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼跨聲速的激波產(chǎn)生過程翼尖臨界馬赫數(shù)低，在飛機加速的過程中，翼尖首先出現(xiàn)激波，其方向與來流方向垂直翼尖激波的強度比較弱，隨著飛行馬赫數(shù)的增加，翼尖激波會向后移動后激波翼尖激波發(fā)端于翼根，機翼根部的流線向機身并攏，受到機身附面層的阻滯影響，會出現(xiàn)一系列的弱激波這些弱激波會合并成一道強激波后激波后激波向后移動的速度比翼尖激波快，隨著飛行馬赫數(shù)的增大，兩者會合二為一，強度變得更大前激波和外激波空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼跨聲速的激波產(chǎn)生過程隨著Ma數(shù)繼續(xù)增加，臨近1.0馬赫，從翼尖開始還會產(chǎn)生前激波，隨著Ma數(shù)的繼續(xù)增加，前激波會向翼根擴張前激波的擴展隨著前激波向翼根移動，它同時還會向著后方移動，當它與后激波相接觸，二者又會合二為一，形成強烈的“外激波”外激波附帶著極強的逆壓梯度，會在飛機外機翼上引起嚴重的氣流分離Ma=0.95Ma=1.00Ma=1.05外激波的生成無限展長的后掠翼空氣動力學基礎與飛行原理后掠機翼的升阻特性只有垂直分速度Vn才對后掠翼的壓力分布起作用由于存在翼根和翼尖效應，真實機翼的升力系數(shù)比理論值略小，升力線斜率也略小無限展長的機翼后掠翼的阻力系數(shù)是平直機翼的cos3Λ倍在中小迎角下，后掠翼的升力系數(shù)是平直機翼的cos2Λ倍真實的機翼是有限展長的亞聲速飛行時：由于有效速度較小，后掠翼的升力系數(shù)小于平直機翼，阻力特性與平直翼相差不大跨聲速飛行時：由于有效速度較小，后掠翼的阻力系數(shù)在較大的Ma數(shù)才明顯增加，較平直機翼有明顯優(yōu)勢空氣動力學基礎與飛行原理后掠翼的失速特性后掠翼的主要問題是翼尖失速翼根效應使得后掠翼根部吸力峰降低，且升力分布較平直翼更為平均，機翼后部逆壓梯度減小，氣流分離的風險降低翼尖效應使得翼梢吸力峰增加，升力分布集中于機翼前半部分，機翼后部逆壓梯度增大，氣流分離風險大大提高因此，后掠翼較容易出現(xiàn)翼尖失速副翼在機翼展向上的站位通常接近翼尖，后掠翼的翼尖失速容易導致……飛機失控?。?！在機翼上設置幾何扭轉(zhuǎn)空氣動力學基礎與飛行原理改善翼尖失速的措施梢部安裝角比根部更小，有利于減小翼尖迎角，延緩翼尖失速在機翼上設置氣動扭轉(zhuǎn)根部和梢部設置不同的翼型，其中梢部的翼型失速迎角更大，更不容易失速機翼弦線并不扭轉(zhuǎn)，但梢部設置不易失速的翼型在翼梢布置前緣縫翼翼尖失速是由于氣流展向流動而引起的，通過手段抑制展向流動，同樣可改善后掠翼失速特性空氣動力學基礎與飛行原理改善翼尖失速的措施機翼上表面翼刀：抑制上表面氣流展向流動的最直接手段前緣翼刀：阻擋氣流的展向流動，同時還產(chǎn)生渦流，利用渦流進一步抑制氣流展向流動渦流發(fā)生器：利用與氣流不平行的金屬片，形成高速旋轉(zhuǎn)、緊貼機翼表面的小漩渦，給