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    [交通运输]飞机的低速空气动力.ppt

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    [交通运输]飞机的低速空气动力.ppt

    飞机的低速空气动力,2.1 空气流动的描述2.2 升力2.3 阻力2.4 飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理,2.3 阻力,阻力是与飞机运动轨迹平行,与飞行速度方向相反的力。阻力阻碍飞机的飞行,但没有阻力飞机又无法稳定飞行。,阻力的分类,对于低速飞机,根据阻力的形成原因,可将阻力分为:,摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag),废阻力(Parasite Drag),升力,粘性,2.3.1 低速附面层,附面层,是气流速度从物面处速度为零逐渐增加到99%主流速度的很薄的空气流动层。,附面层的形成,附面层厚度较薄,无粘流动和粘性流动,附面层的形成是受到粘性的影响。,附面层的特点,附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主流压强。,只要测出附面层边界主流的静压,便可得到物面各点的静压,它使理想流体的结论有了现实意义。,附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。,l,附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。,l,附面层的特点三,附面层分为层流附面层和紊流附面层,层流在前,紊流在后。层流与紊流之间的过渡区称为转捩点。,层流的不稳定性,层流附面层和紊流附面层的速度型,2.3.2 阻力的产生,摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag),废阻力(Parasite Drag),升力,粘性,摩擦阻力,由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零,根据作用力与反作用力定律,飞机必然受到空气的反作用。这个反作用力与飞行方向相反,称为摩擦阻力。,影响摩擦阻力的因素,紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。飞机的表面积越大,摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙,摩擦阻力越大。,摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关,此外还取决于空气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。,摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大,压差阻力,压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差,导致气流附面层分离,从而产生的阻力。,顺压梯度与逆压梯度,顺压:A到B,沿流向压力逐渐减小,如机翼上表面前段。逆压:B到C,沿流向压力逐渐增加,如机翼上表面后段。,A,B,C,附面层分离,在逆压梯度作用下,附面层底层出现倒流,与上层顺流 相互作用,形成漩涡脱离物体表面的现象。,分离点,分离区的特点一,分离区内漩涡是一个个单独产生的,它导致机翼的振动。,分离区的特点二,分离区内压强几乎相等,并且等于分离点处的压强。,P分离点,P1,P2,P3,P4,P分离点=P1=P2=P3=P4,分离区的特点三,附面层分离的内因是空气的粘性,外因是因物体表面弯曲而出现的逆压梯度。,A,B,C,分离点与最小压力点的位置,A,B,C,最小压力点,分离点,分离点与转捩点的区别,层流变为紊流(转捩),顺流变为倒流(分离)。分离可以发生在层流区,也可发生在紊流区。转捩和分离的物理含义完全不同。,压差阻力的产生,气流流过机翼后,在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡流区,压强降低;而在机翼前缘部分,气流受阻压强增大,这样机翼前后缘就产生了压力差,从而使机翼产生压差阻力。,分离点位置与压差阻力大小的关系,分离点靠前,压差阻力大。分离点靠后,压差阻力小。,A,B,C,C,影响压差阻力的因素,总的来说,飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面积大,压差阻力大。迎角越大,压差阻力也越大。压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。,干扰阻力,飞机的各个部件,如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把它们组合成一个整体所产生的阻力,这种由于各部件气流之间的相互干扰而产生的额外阻力,称为干扰阻力。,干扰阻力的消除,干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。,飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮,可以有效地减小干扰阻力的大小。,诱导阻力,由于翼尖涡的诱导,导致气流下洗,在平行于相对气流方向出现阻碍飞机前进的力,这就是诱导阻力。,翼尖涡的形成,正常飞行时,下翼面的压强比上翼面高,在上下翼面压强差的作用下,下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。,这样形成的漩涡流称为翼尖涡。(注意旋转方向),正常飞行时,下翼面的压强比上翼面高,在上下翼面压强差的作用下,下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面,就使下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜,上翼面反之。,翼尖涡的形成,翼尖涡的形成,由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向,于是就形成旋涡,并在翼尖卷成翼尖涡,翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。,翼尖涡形成的进一步分析,注意旋转方向,翼尖涡的立体形态,翼尖涡的形态,下洗流(DownWash)和下洗角,由于两个翼尖涡的存在,会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场,称为下洗。在亚音速范围内,这下洗速度场会覆盖整个飞机所处空间范围。,下洗角,下洗速度的存在,改变了翼型的气流方向,使流过翼型的气流向下倾斜,这个向下倾斜的气流称为下洗流,下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角。,下洗速度沿翼展分布,不同平面形状的机翼,沿展向下洗速度的分布是不一样的。,诱导阻力的产生,有限展长机翼与无限展长机翼相比,由于前者存在翼尖涡和下洗速度场,导致前者的总空气动力较后者更加后斜,即前者总空气动力沿飞行速度方向(即远前方相对气流方向)的分量较后者更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。,影响诱导阻力的因素,机翼平面形状:椭圆形机翼的诱导阻力最小。,展弦比越大,诱导阻力越小升力越大,诱导阻力越大平直飞行中,诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力,展弦比对诱导阻力的影响,展弦比对诱导阻力的影响,高展弦比飞机,空速大小对诱导阻力大小的影响,空速小,下洗角大,诱导阻力大,空速大,下洗角小,诱导阻力小,翼梢小翼,翼梢小翼可以减小诱导阻力,翼梢小翼可以减小诱导阻力,翼梢小翼改变了机翼沿展向分布的翼载荷。,翼梢小翼可以减小总阻力,阻力公式,飞机的阻力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,回顾阻力组成,摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induced Drag),废阻力(Parasite Drag),阻力相关资料,总空气动力,升力和阻力之和称为总空气动力。,

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