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1、第二章,飞机的低速空气动力,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,引言,从飞行性能的角度，假设操纵面偏转可使力矩平衡，但将其最大平衡能力作为约束。实际还常忽略操纵面偏转对力平衡的影响。,作用在飞机上的外力,外力矩平衡及约束,外力一般不通过质心，它将引起绕质心转动的力矩,V,机身参考线,飞机对称面,O,Y,Q,Z,2.3 阻力,零升阻力系数,阻力特性,诱导阻力因子,零升阻力系数,无侧滑时的极曲线表达式,诱导阻力系数,2) 长细比增大，机翼薄，,1) 与升力无关，取决于外形、M、Re,外形、Re确定,诱导阻力因
2、子A,1) 取决于外形、M、Re,外形、Re确定,3)超音速无前缘绕流时：,，A,2)亚音速时，A随M基本不变:,极曲线和最大升阻比 Kmax,外形、Re确定,升阻比,最大升阻比,评定飞机升阻特性的重要气动参数,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、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
4、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。
5、,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 = P
6、4,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
7、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片，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
8、，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
9、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
10、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。,