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飞机飞行中的力学问题的简单分析


一,
升力
1,升力理论 2,翼型 3,襟翼 • 二,阻力 1,摩擦阻力 2,压差阻力 3,诱导阻力 4,干扰阻力
• 三,失速
机翼的升力
牛顿是第一个给出了运动物 体的阻力表达式,后人推导 出了倾斜平板在气流中受到 阻力的公式。按他的理论, 如果认为这个阻力的垂直分 量代表空气的升力的话,那 么这个升力值含有一个迎角 正弦的平方项。按照这个理 论,一个物体只有面积为无 限大才能产生足够的升力。 这意味着宣判了飞机的死刑。 有人说:牛顿对人类飞机提 出了悲观的论调。
1894年,英国工程师及航空先驱 者nchester建立了机翼环流 理论,对于弯曲的机翼翼面,当 受到来流作用时相当于前缘有一 个逆风,后缘有一个顺风,由于 上下流动都不能发生积累现象因 此结果是产生一个环流导致上表 面产生一个低压,下表面产生一 个高压,这个压力差就是升力。
库塔—茹科夫斯基条件:机
失速
机翼在空气中运动时产生的升力随机翼迎角 增大而增大。当迎角增加到一定程度时,升 力便不再随迎角增大而增大了。这时的迎角 称为临界迎角。超过临界迎角后,再增加迎 角升力反而急剧减小,出现失速现象。 超过临界迎角,机翼迎角进一步增大,导致 边界层的空气质点流过机翼上表面最高点不 远处便开始分离,使机翼上表面充满旋涡, 升力大为减少,而阻力迅速增加。
驻点
假设空气没有粘性(如上图)
驻点
实际空气有பைடு நூலகம்性(如上图)
诱导阻力
• 在机翼翼尖处,流速小静压大的下翼面空 气回绕过翼尖向流速大静压小的上翼面流 动,于是在翼尖处形成一股涡流,它改变 了翼尖附近流经机翼的气流方向,引起的 阻力称诱导阻力。
干扰阻力
• 飞机个部件之间相互影响所引起,整架飞机阻 力与单独个部分阻力的总和的差值称为干扰阻 力。 1. 涡流干扰。大雁人字或一字飞行,后一只雁的 翅膀正好在前一只翅膀所形成的翼尖涡旋中, 能产生助推作用。 2. 尾流干扰。任何突出在飞机表面的物体都产生 压差阻力,由尾流产生。 3. 压力干扰。物体表面空气压力不均匀引起阻力。
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•特种翼型
特种翼型是为了满足某种性能 指标或要求而设计的非同寻常 的翼型。
襟翼
• • • • • 襟易是装在机翼前缘或后缘的可动翼片。 襟翼可改变剖面的形状,增加翼形弯度; 襟翼可增加机翼的面积; 襟翼能尽可能的保持层流流动; 襟翼在环绕机翼的气流中,增加一股喷气 气流。
襟翼
几种襟翼的作用简介
翼型
•虽然飞机所用翼型的外型千差万别,但根据外 型的特点一般可分为六种。 1,平凸型 2,对称型 3,凹凸型 5 ,S型 4,双凸型 6,特种型
•平凸翼型
它的下弧线是一条直线, 中弧线的弯度要比双凸型 大。最大升阻比也比双凸 型大。
•对称翼型
它的中弧线是一根与翼型弦 线重合的直线。机翼上下弧 是对称的。这种翼型的阻力 系数比较小,但升阻比也较 小。
•凹凸翼型
它的下弧线向内凹入所以中弧 线的弯度比平凸型要大,阻力 也比较大。但能产生较大的升 力,升阻比也较大。
•S型翼型
它的中弧线像是横放的S 型。S型机翼本身的力矩 特性是安定的。
•双凸翼型
它的上下弧线都是外凸的,但 上弧线弯度要比下弧线大,所 以中弧线是向上凸的。这种翼 型的阻力要比对称型大,但可 获得较大的升阻比。
然而,由普加乔夫驾驶苏-27战斗机创造的“普加乔 夫眼镜蛇”动作飞行中,飞机先以400千米/小时的速 度从跑道升起,然后猛地将机头拉起,一直向后仰, 抬升到110°~120°时,仍然保持平稳并可恢复到原来 的飞行状态,无任何失速现象,操纵面仍然有效。它 以和直立眼镜蛇一样的姿态朝前飞,当速度降到110 千米/小时后,机头重新下压,恢复到平飞状态。
• 前缘襟翼较小,增加升力的效果不明显, 其作用主要是提高临界角,提高飞机的稳 定性和安全性。 • 开缝襟翼,特别是多缝襟翼结构比较复杂, 重量大,因而主要用于大型飞机。它在增 加升力的同时,也会使阻力大大增加,这 对降低着陆速度、提高安全十分有利。
• 富勒襟翼是在机翼安装的活动翼面,平时 紧贴机翼下表面。使用时,按轨道下偏。 使用富勒襟可以增加翼剖面的弯度,同时 能大大增加机翼面积,增升效果非常明显。 富勒襟的缺点之一是结构复杂。
翼后缘形成的起动涡在逐渐增大 的过程中离开机翼。当他离开机 翼很远处,这个环流达到最大值, 亦即上下表面机翼后面很远处不 在有流速的差别。 使用库塔—茹科夫斯基条件可使 升力的计算变成纯数学问题。使 升力计算定量化。
1918年,德国科学家L.Prandtl建立了有 限翼展的升力线理论,这一理论把以前各 种思想和理论归纳起来,使机翼表述得到 了简化。 L.Prandtl的理论解决了两类: •一是升力沿翼展的分布,要求通过计算 来确定线性速度的流线和实现这一升力所 需能量。 •二是由一定的机翼几何形状,来确定升 力沿翼展的分布。
• 克鲁格襟翼位于机翼前缘,它的外形相当 于机翼前缘的一部分。使用时克鲁格襟翼 向前下方伸出,既改变了翼形,也增加了 翼形的面积。因此增升效果也比较好。
阻力
• • • • 1,磨檫阻力 2,压差阻力 3,诱导阻力 4,干扰阻力
摩擦阻力
•摩擦阻力的大小和粘性影响的大小,物体表 面光滑程度以及浸润面有关。
1783年,瑞士著名科学家 D.Bernoulli建立了著名的伯努力 定律:随着流体流速的增加,其压 力减小。它对于解释机翼的升力是 相当有效的,具有上凸表面的翼型 在空气中运动时,上表面速度较大, 下表面速度较小,上下表面的气流 对机翼产生的压力不同,这个压力 差就是气流产生的向上的升力。
流体力学的发展否定了牛顿的升力 是阻力垂直分量的理论。
•另一方面,如果物体表面的边界层是层流边 界层,空气粘性所引起的摩擦阻力就比较小, 如果物体表面的边界层是紊流边界层,空气 粘性所引起的摩擦阻力就比较大。
压差阻力
压差阻力是由于物 体与空气相对运动 时物体前后存在压 力差所引起的。其 根本原因是空气的 粘性。压差阻力与 物体的形状、它在 气流中的姿态以及 最大迎风面有关。 流线产生的压差阻 力较小。 压差阻力也与物体 表面的边界层状态 有关。
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