飞行原理 02.3_阻力_V1.2

航空

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航空

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。
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●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
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●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)
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●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

谢谢楼主，非常有用啊 ！