飞行原理 02.3_阻力_V1.2

航空发表于 2011-9-21 11:40:45

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航空发表于 2011-9-21 11:41:30

飞行原理/CAFUC 第二章 飞机的低速空气动力 第二章第2 页 本章主要内容 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 飞行原理/CAFUC 飞行原理/CAFUC 2.3 阻力 第二章第4 页 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。 升力 重力 拉力阻力 Lift Pull Weight Drag 第二章第5 页 ●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 第二章第6 页 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。 速度 不受干扰的主流 附面层边界 物体表面 ① 附面层的形成 第二章第7 页 ●附面层厚度较薄 第二章第8 页 无粘流动 沿物面法线方向速度一致 粘性流动 沿物面法线方向速度不一致 “附面层” ●无粘流动和粘性流动 附面层的形成是受到粘性的影响。 第二章第9 页 ② 附面层的特点 I. 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主 流压强。 P1 P2 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。 第二章第10页 II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。 l    l   第二章第11页 II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。 l    l   第二章第12页 III. 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。 转捩点 层流附 面层 紊流附面层 第二章第13页 ●层流的不稳定性 1 2 3 a b c I I I A v P II II II A v P I II A  A I II v  v I II P  P 第二章第14页 ●层流附面层和紊流附面层的速度型 第二章第15页 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 第二章第16页 ① 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。 第二章第17页 ●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。 第二章第18页 ●摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大 船舶90% 水下物体70% 小型公务机50% 大型运输机40% 超音速战斗机25-30% 摩擦阻力占总阻力的比例 第二章第19页 ② 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。 第二章第20页 I. 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 第二章第21页 II. 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 第二章第22页 ●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。 第二章第23页 ●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 第二章第24页 ●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 A B C P  P  P 第二章第25页 ●分离点与最小压力点的位置 A B C 最小压力点 分离点 第二章第26页 ●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。 第二章第27页 III. 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。 第二章第28页 ●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’ B C' C P  P  P 第二章第29页 ●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。 第二章第30页 ③ 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。 第二章第31页 ●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。 第二章第32页 ④ 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。 第二章第33页 I. 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） 第二章第34页 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。 I. 翼尖涡的形成 第二章第35页 I. 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。 第二章第36页 ●翼尖涡形成的进一步分析 注意旋转方向 第二章第37页 ●翼尖涡的立体形态 第二章第38页 ●翼尖涡的形态 第二章第39页 II. 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。 第二章第40页 ●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ε。 第二章第41页 ●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。 第二章第42页 III.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。 L L’ D 第二章第43页 ●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 第二章第44页 低展弦比使翼尖涡变 强，诱导阻力增加。 高展弦比使翼尖涡减 弱，诱导阻力变小。 ●展弦比对诱导阻力的影响 第二章第45页 ●展弦比对诱导阻力的影响 机翼展弦比倒数 诱导阻力系数减少的百分比 升力系数不变 第二章第46页 ●高展弦比飞机 第二章第47页 ●空速大小对诱导阻力大小的影响 阻力 诱导阻力 空速 空速小，下洗角 大，诱导阻力大 空速大，下洗角 小，诱导阻力小 第二章第48页 ●翼梢小翼 第二章第49页 ●翼梢小翼可以减小诱导阻力 第二章第50页 ●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。 第二章第51页 ●翼梢小翼可以减小总阻力 第二章第52页 ⑤ 阻力公式 —飞机的阻力系数 D C 1 2 2 V —飞机的飞行动压 S —机翼的面积。 1 2 D 2 D  C  v  S 第二章第53页 ●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) 第二章第54页 ●阻力相关资料 其他阻力5% 7% 5% 激波阻力3% 35% 5% 干扰阻力7% 6% 40% 诱导阻力40% 29% 25% 摩擦阻力45% 23% 25% 单旋翼直升 机 超音速战斗 机 亚音速运输 机 阻力名称 典型飞机阻力构成 第二章第55页 ●总空气动力 升力和阻力之和称为总空气动力。

xinlunll 发表于 2011-10-25 16:22:09

谢谢楼主，非常有用啊！

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