飞机升力和阻力解析.ppt

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飞机的升力和阻力 作用在飞机上的空气动力 总空气动力 作用在飞机上的空气动力总和 压力中心 总空气动力作用线与飞机纵轴的交点 升力 在飞机对称面内,总空气动力在垂直来流方向上的分量 阻力 在飞机对称面内,总空气动力在平行来流方向上的分量 机翼的升力 库塔 - 茹科夫斯基升力定理 空气相对机翼流动时,空气与飞机表面之间存在粘滞阻力。 贴近机翼上表面的气流速度较小;贴近机翼下表面的气流速度较大,二者在机翼尾部汇合时产生涡流——起动涡流。 据角动量守恒定律,在涡流出现角动量的同时,必然同时出现另一个角动量,它与涡流所产生角动量的方向相反。 这个角动量由围绕机翼流动的“环流”产生。 环流速度与原来速度叠加,导致上方流速大,下方流速小。 机翼的升力 伯努利定律:随着流体流速的增加,其压力减小。 在机翼上表面,流速快,压力降低,产生吸力。 在机翼下表面,流速慢,压力增大,产生正压力。 凡是比大气压力低的叫吸力(负压力), 凡是比大气压力高的叫压力(正压力)。 机翼升力的产生主要是靠上表面吸力的作用,而不是主要靠下表面的压力高于大气压的情况下,由上表面吸力所形成的升力,一般占总升力的60%到80%左右。 二、阻力 1、摩擦阻力 2、压差阻力 3、诱导阻力 4、形状阻力 5、波阻(高速飞机) (一)摩擦阻力形成 附面层,就是指,空气流过飞机时,贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。 附面层内,气流速度之所以越贴近飞机表面越慢,是由于这些流动空气受到了飞机表面给它的向前的作用,这些被减慢的空气,也必然要给飞机表面一个向后的反作用力,这就是飞机表面的摩擦阻力。 一、摩擦阻力 1、附面层 2、附面层的分类: 附面层按其性质不同,可分为:层流附面层和紊流附面层。 就机翼而言,一般在最大厚度以前的部份叫层流附面层。在这之后的部份是紊流附面层。 紊流附面层的摩擦阻力要比层流附面层的摩擦阻力大得多。因此,尽可能在机翼上保持层流附面层,对于减小阻力是有利的。层流翼型,就是这样设计的。 影响摩擦阻力的因素 摩擦阻力的大小取决于飞机浸润面积、飞机表面的粗糙度及附面层的流动状态。 紊流附面层的摩擦阻力较大,在飞行速度较高的飞机上多采用层流翼型。 使用推力矢量技术的飞机,发动机推力直接用于飞行控制,飞机的尾翼可以减小或者去除,这样就可以大大地减小摩擦阻力。 二、压差阻力 空气流过机翼时,在机翼前缘部分,受机翼阻挡,流速减慢,压力增大;在机翼后缘,由于气流分离形成涡流区,压力减小。这样,机翼前后便产生压力差,形成阻力。机身、尾翼等飞机的其它部件都会产生压差阻力。 (一)压差阻力产生的原因 物体在空气中运动时,在物体前后产生的压强差引起的阻力。 在最低压力点之前,附面层内的气流虽受粘性摩擦的阻滞作用,使之沿途不断减速,但在顺气压的推动下,其结果气流仍能加速向后流去。 在最低压力点之后情况就不一样了。附面层内的气流除了要克服粘性摩擦的阴滞作用外,还要克服反压的作用,因此气流速度迅速减小,到达某一位置,附面层底层空气就会完全停止下来,速度降低为零,空气再不能向后流动。 在分离点之后,附面层底层空气在反压作用下开始向前倒流。于是附面层中逆流而上的空气与顺流而下的空气相顶碰,就使附面层气流脱离机翼表面,而卷进主流。这时,就形成大量逆流和旋涡而形成气流分离现象。 1、为什么机翼后缘会出现气流分离 如果空气流过机翼上下表面不产生气流分离,则在机翼后部,上下表面气流重新汇合,流速和压力都会恢复到与机翼前部相等。这样,机翼前、后不会出现压力差而形成压差阻力。 事实上,当空气流到机翼后部会产生气流分离而形成涡流区。涡流区中,由于产生了旋涡,空气迅速转动,一部分动能因摩擦而损耗,即使流速可以恢复到与机翼前部的流速相等,而压力却恢复不到原来的大小,比机翼前部的压力要小。 2、为什么机翼后缘涡流区中压力会有所减小? 2、压差阻力与物体的迎风面积、形状和物体在气流中的相对位置有很大关系。迎风面积越大,压差阻力越大。象水滴那样的,前端园钝,后面尖细的流线形物体,压差阻力最小。物体相对于气流的角度越大,压差阻力越大。 (二)影响压差阻力的因素 1、 涡流区的压力与分离点处气流的压力,其大小相差不多。这就是说:分 离点靠机翼后缘,涡流区的压力比较大;分离点离开机翼后缘越远,涡流 区的压力就越小。 3、机翼采用合适的安装角和飞机在飞行中 进行配平,其目的就是减小压差阻力提高经 济性。 三、诱导阻力 由于翼展的长度是有限的,所以上下翼面的压强差使得气流从下翼面绕

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