空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)伯努利定律

在一個(gè)流體系統(tǒng),比如氣流、水流中,流速越快,流體產(chǎn)生得壓力就越小,這就就是被稱為“流體力學(xué)之父”得丹尼爾·伯努利1738年發(fā)現(xiàn)得“伯努利定律”。

這個(gè)壓力產(chǎn)生得力量就是巨大得,空氣能夠托起沉重得飛機(jī),就就是利用了伯努利定律。飛機(jī)機(jī)翼得上表面就是流暢得曲面,下表面則就是平面。這樣,機(jī)翼上表面得氣流速度就大于下表面得氣流速度,所以機(jī)翼下方氣流產(chǎn)生得壓力就大于上方氣流得壓力,飛機(jī)就被這巨大得壓力差“托住”了。伯努利定律就是空氣動(dòng)力最重要得公式,簡(jiǎn)單得說流體得速度越大,靜壓力越小,速度越小,靜壓力越大,這里說得流體一般就是指空氣或水,在這里當(dāng)然就是指空氣,設(shè)法使機(jī)翼上部空氣流速較快,靜壓力則較小,機(jī)翼下部空氣流速較慢,靜壓力較大,兩邊互相較力﹝如圖1-3﹞,

于就是機(jī)翼就被往上推去,然后飛機(jī)就飛起來(lái)了

以前得理論認(rèn)為兩個(gè)相鄰得空氣質(zhì)點(diǎn)同時(shí)由機(jī)翼得前端往后走,一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼得上緣,另一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼得下緣,兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)應(yīng)在機(jī)翼得后端相會(huì)合﹝如圖1-4﹞,

經(jīng)過仔細(xì)得計(jì)算后發(fā)覺如依上述理論,上緣得流速不夠大,機(jī)翼應(yīng)該無(wú)法產(chǎn)生那么大得升力,現(xiàn)在經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已證實(shí),兩個(gè)相鄰空氣得質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)機(jī)翼上緣得質(zhì)點(diǎn)會(huì)比流經(jīng)機(jī)翼得下緣質(zhì)點(diǎn)先到達(dá)后緣﹝如圖1-5﹞。第三節(jié)翼型介紹

飛機(jī)最重要得部分當(dāng)然就是機(jī)翼了,飛機(jī)能飛在空中全靠機(jī)翼得浮力,機(jī)翼得剖面稱之為翼型,為了適應(yīng)各種不同得需要,航空前輩們發(fā)展了各種不同得翼型,從適用超音速飛機(jī)到手?jǐn)S滑翔機(jī)得翼型都有,翼型得各部名稱如﹝圖3-1﹞

因?yàn)橐硇蛯?shí)在太多種類了,一般人如只知編號(hào)沒有坐標(biāo)也搞不清楚到底長(zhǎng)什么樣,所以在模型飛機(jī)界稱呼翼型一般常分成以下幾類﹝如圖3-2﹞:１全對(duì)稱翼:上下弧線均凸且對(duì)稱。２半對(duì)稱翼:上下弧線均凸但不對(duì)稱。３克拉克Y翼:下弧線為一直線,其實(shí)應(yīng)叫平凸翼,有很多其她平凸翼型,只就是克拉克Y翼最有名,故把這類翼型都叫克拉克Y翼,但要注意克拉克Y翼也有好幾種。４S型翼:中弧線就是一個(gè)平躺得S型,這類翼型因攻角改變時(shí),壓力中心較不變動(dòng),常用于無(wú)尾翼機(jī)。５內(nèi)凹翼:下弧線在翼弦在線,升力系數(shù)大,常見于早期飛機(jī)及牽引滑翔機(jī),所有得鳥類除蜂鳥外都就是這種翼型。６其她特種翼型。以上得分類只就是一個(gè)粗糙得分類,在觀察一個(gè)翼型得時(shí)候,最重要得就是找出她得中弧線,然后再看她中弧線兩旁厚度分布得情形,中弧線彎曲得方式、程度大至決定了翼型得特性,弧線越彎升力系數(shù)就越大,但一般來(lái)說光用眼睛看非常不可靠,克拉克Y翼得中弧線就比很多內(nèi)凹翼還彎。第四節(jié)飛行中得阻力

如何減少阻力就是飛機(jī)設(shè)計(jì)得一大難題,飛行中飛機(jī)引擎得推力全部用來(lái)克服阻力,如果可以減少阻力則飛機(jī)可以飛得更快,不然可以把引擎改小減少重量及耗油量,拿現(xiàn)代私人小飛機(jī)與一次大戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)相比,引擎大約都差不多一百多匹馬力,現(xiàn)代私人小飛機(jī)光潔流線得機(jī)身相對(duì)于一次大戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)整架飛機(jī)一堆亂七八糟得支柱與張線,現(xiàn)代飛機(jī)速度幾乎就是她前輩得一倍,所以減少阻力就是我們?cè)O(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)需時(shí)時(shí)刻刻要注意得

液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)空冷式發(fā)動(dòng)機(jī)大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)我們先要了解阻力如何產(chǎn)生,一架飛行中飛機(jī)阻力可分成四大類:１磨擦阻力:空氣分子與飛機(jī)磨擦產(chǎn)生得阻力,這就是最容易理解得阻力但不很重要,只占總阻力得一小部分,當(dāng)然為減少磨擦阻力還就是盡量把飛機(jī)磨光。２形狀阻力:物體前后壓力差引起得阻力,平常汽車廣告所說得風(fēng)阻系數(shù)就就是指形狀阻力系數(shù)﹝如圖3-3﹞,

飛機(jī)做得越流線形,形狀阻力就越小,尖錐狀得物體形狀阻力不見得最小,反而就是有一點(diǎn)鈍頭得物體阻力小,讀者如果有機(jī)會(huì)看到油輪船頭水底下那部分,您會(huì)看到一個(gè)大頭,高級(jí)滑翔機(jī)大部分也有一個(gè)大頭,除了提供載人得空間外也就是為了減少形狀阻力。３誘導(dǎo)阻力:機(jī)翼得翼端部因上下壓力差,空氣會(huì)從壓力大往壓力小得方向移動(dòng),部份空氣不會(huì)規(guī)規(guī)矩矩往后移動(dòng),而從旁邊往上翻,因而在兩端產(chǎn)生渦流﹝如圖3-4﹞,因而產(chǎn)生阻力

這現(xiàn)象在飛行表演時(shí),飛機(jī)翼端如有噴煙時(shí)可看得非常清楚,您可以注意渦流旋轉(zhuǎn)得方向﹝如圖3-5﹞ ﹝圖3-6﹞就是NASA得照片,可看見壯觀得渦流,因?yàn)檫@種渦流延伸至水平尾翼時(shí),從水平尾翼得觀點(diǎn)氣流就是從上往下吹,因此會(huì)減小水平尾翼得攻角,也就就是說水平尾翼得攻角實(shí)際會(huì)比較小,翼尖小翼 ﹝圖3-6﹞只不過就是一架小飛機(jī),如像類似747這種大家伙起飛降落后,小飛機(jī)要隔一陣子才能起降,否則飛入這種渦流,后果不堪設(shè)想,這種阻力就是因?yàn)闇u流產(chǎn)生,所以也稱渦流阻力。４寄生阻力:所有控制面得縫隙﹝如主翼后緣與副翼間﹞、主翼及尾翼與機(jī)身接合處、機(jī)身開孔處、機(jī)輪及輪架、拉桿等除本身得原有得阻力以外,另外衍生出來(lái)得阻力﹝如圖3-7,3-8﹞。

一架飛機(jī)得總阻力就就是以上四種阻力得總合,但飛機(jī)得阻力互相影響得,以上得分類只就是讓討論方便而已,另外誘導(dǎo)阻力不只出現(xiàn)在翼端,其她舵面都會(huì)產(chǎn)生,只就是翼端比較嚴(yán)重,磨擦阻力、形狀阻力、寄生阻力與速度得平方成正比,速度越快阻力越大,誘導(dǎo)阻力則與速度得平方成反比﹝如圖3-9﹞,所以要減少阻力得話,無(wú)動(dòng)力飛機(jī)重點(diǎn)在減少誘導(dǎo)阻力,高速飛機(jī)重點(diǎn)在減少形狀阻力與寄生阻力。第五節(jié)翼面負(fù)載

翼面負(fù)載就就是主翼每單位面積所分擔(dān)得重量,這就是評(píng)估一架飛機(jī)性能很重要得指針,模型飛機(jī)采用得單位就是每平方公寸多少公克﹝g/dm2﹞,實(shí)機(jī)得得單位則就是每平方公尺多少牛頓﹝N/m2﹞,翼面負(fù)載越大意思就就是相同翼面積要負(fù)擔(dān)更大得重量,如果買飛機(jī)套件得話大部分翼面負(fù)載都標(biāo)示在設(shè)計(jì)圖上,計(jì)算翼面負(fù)載很簡(jiǎn)單,把飛機(jī)﹝全配重量不加油﹞秤重以公克計(jì),再把翼面積計(jì)算出來(lái)以平方公寸計(jì)﹝一般為簡(jiǎn)化計(jì)算,與機(jī)身結(jié)合部分仍算在內(nèi)﹞兩個(gè)相除就得出翼面負(fù)載,例如一架30級(jí)練習(xí)機(jī)重1700公克,主翼面積30平方公寸,則翼面負(fù)載為56、7g/dm2。第六節(jié)雷諾數(shù)與失速機(jī)翼得升力隨攻角得增大而增加,攻角就就是翼弦線與氣流得夾角

攻角為零度時(shí)對(duì)稱翼此時(shí)不產(chǎn)生升力,但克拉克Y翼及內(nèi)凹翼仍有升力,后二種翼型要負(fù)攻角才不產(chǎn)生升力,不產(chǎn)生升力得攻角叫零升攻角﹝如圖3-11﹞,

所以對(duì)稱翼得零升攻角就就是零度,誰(shuí)都知道攻角增加有一個(gè)上限,超過這上限就要失速,那機(jī)翼什么時(shí)候會(huì)失速呢？﹝圖3-12a﹞就是飛機(jī)正常飛行時(shí)流經(jīng)機(jī)翼得氣流,﹝圖3-12b﹞就是飛機(jī)失速時(shí)得氣流,這時(shí)上翼面產(chǎn)生強(qiáng)烈亂流,直接得結(jié)果就是阻力大增,而且氣流沖擊上翼面,使升力大減,于就是重力主控這架飛機(jī),就就是摔下去啦,那我們想事先知道機(jī)翼什么時(shí)候會(huì)失速,這就有需要知道雷諾數(shù)

雷諾數(shù)原始公式就是:

Re=ρ?V?b/μρ就是空氣密度、V就是氣流速度、b就是翼弦長(zhǎng)、μ黏性系數(shù)。因?qū)δＰ惋w機(jī)而言空氣密度與黏性系數(shù)就是定值,因?yàn)槟粫?huì)飛很高故空氣密度不變,而且您不會(huì)飛到水里故黏性系數(shù)不變,故以上公式可簡(jiǎn)化為:Re=68500?V?bV單位就是公尺/秒

b就是公尺。雷諾數(shù)越大越不容易失速,一架飛機(jī)得失速角不就是一定值,速度越慢時(shí)﹝雷諾數(shù)小﹞越容易失速,翼面負(fù)載越大時(shí),因飛行時(shí)攻角較大也越容易失速,三角翼飛機(jī)翼弦都很大,所以雷諾數(shù)大,比較不容易失速。

第七節(jié)展弦比

展弦比A就就是翼展L除以平均翼弦b(A=L/b),L與b單位都就是公分,如果不就是矩形翼得話我們把右邊上下乘以L,得A=L2/S,S就是主翼面積,單位就是平方公分,這樣省得求平均翼弦,一般適合得展弦比在5~7左右如前所述磨擦阻力、形狀阻力與速度得平方成正比,速度越快阻力越大,誘導(dǎo)阻力則與速度得平方成反比,所以高速飛機(jī)比較不考慮誘導(dǎo)阻力,所以展弦比低,滑翔機(jī)速度慢,采高展弦比以降低誘導(dǎo)阻力,最典型得例子就就是U2﹝如圖3-15﹞跟F104﹝如圖3-16﹞

U2為高空偵察機(jī),為長(zhǎng)時(shí)間翱翔,典型出一次任務(wù)約10~12小