升阻特性幻灯片.ppt

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1、1,第二章 飞机的升阻特性,2,所谓空气动力，就是指物体与空气作相对运动时，空气对物体的作用力。升力、阻力都是空气动力。 低速和高速飞行时，空气的密度的变化大小对空气动力影响不同。在低速飞行时，空气密度可认为不变，在高速飞行时，空气密度则随速度变化而变化，它的可变性对空气动力影响很显著。,第一节 飞机的简介,3,一、飞机的主要组成部分及其功用,7,4,（一） 机翼的功用,产生升力（空气动力） 装载（燃油、设备等） 飞机操纵 飞机稳定 安装设备 襟翼、副翼,5,（二）机身的功用 (1)安置空勤组成员、旅客，装载燃油、各种系统、设备以及货物等（装载）； (2)把机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起

2、，形成一架完整的飞机（连接）。 思考：机翼、机身谁更重要？,6,（三）尾翼 包括水平尾翼和垂直尾翼。 水平尾翼：水平安定面和升降舵 垂直尾翼：垂直安定面和方向舵 作用：稳定和操纵 水平尾翼：上尾翼、下尾翼、整体尾翼 垂直尾翼：单垂尾、双垂尾、无垂尾,7,（四）起落架 起落架主要功用是在飞机滑跑、停放和滑行的过程中支撑飞机。同时吸收飞机在滑行和着陆时的振动和冲击载荷。 前起落架可偏转，用于飞机地面转弯。 主起落架有刹车系统。,8,（五）动力装置 主要用来产生拉力或推力。另外，它可以带动发电机，空调系统引气等。,9,二、 机翼的形状 机翼三视图： 平面形状、剖面形状和安装角等。,10,1、机翼的平

3、面形状及其参数,机翼的平面形状是指从飞机顶上往下看，机翼在水平面上的投影。常见的有矩形、梯形、椭圆形、后掠形、前掠形、三角形、双三角形等。 矩形翼结构简单，但阻力较大；椭圆翼诱导阻力最小，但制造工艺复杂，没有被广泛使用；梯形翼的阻力也较小，制造也简单；为了提高飞机的飞行速度，提高飞机飞行的稳定性，目前民用飞机广泛使用后掠机翼；大后掠翼、变后掠翼、三角翼等用在高速飞机，特别是超音速战斗机。,11,12,机翼平面形状主要参数： 1）机翼面积( S )：指机翼在水平面投影面积。机翼面积的计算方法有两种：一是全机机翼面积，另一种是净机翼面积，指不包括机身内部那部分的机翼面积，通常称为外露机翼面积。 产

4、生升力主要是外露机翼面积，但一般讲机翼面积是指机翼全面积。 2）机翼展长(L)：指从一侧机翼翼尖到另一侧机翼翼尖垂直于机体纵轴的距离。 3）机翼的平均几何弦长（b平均）：指机翼的展长和面积不变的情况下，将后掠翼折算成矩形翼后的弦长，即： b平均 S / L,13,机翼平面形状主要参数： 3）：指机翼的展长和面积不变的情况下，将后掠翼折算成矩形翼后的弦长，即： b平均 S / L,平均几何弦长,5）展弦比( ) ：机翼展长与平均几何弦长之比值： L / b平均 L2/S,14,4）机翼的后掠角( )：沿着机翼展向弦长的等百分比弦的连线(一般取25弦长)与垂直于纵向对称平面直线的夹角叫机翼的后掠角

5、。 6）根尖比()：根尖比也叫梯形比，指的是翼根弦长(b0)与翼尖弦长(b1)之比值：即： = b0/b1 矩形机翼= 1，梯形机翼1，三角机翼= 。,15,2、 机翼的平面形状 （ 1）机翼的剖面形（翼形） 机翼的翼型形状主要包括平板形、弯形、凹凸形、平凸形、双凸形、对称形、圆弧形、菱形等。,16,17,现代低速飞机的机翼，大多采用平凸形和双凸形翼型，高速飞机的机翼一般采用对称形翼型，超音速飞机的机翼，多采用圆弧形和菱形翼型，由于民航飞机大多使用亚音速飞机，所以广泛采用平凸形和双凸形翼型。我们以双凸形翼型为例讨论机翼翼型的参数：,18,1）翼型弦长(b)：指翼剖面前缘到后缘的距离。 2）相对

6、厚度(c)：翼型最大厚度Cmax与弦长b的比值，并以百分数表示： 相对厚度的大小表示翼型的厚薄程度。相对厚度大，表示翼型厚，即机翼较厚；相对厚度小，表示翼型薄，即机翼较薄。,19,3)相对弯度( f )：翼型上下弧之间，沿翼弦作垂线，连结这些垂线的中点所组成的弧线叫翼型的中弧线，翼型中弧线的最高点距翼弦线的最大距离(fmax)与翼弦长（b）的比值叫翼型的相对弯度，并用百分数表示： 相对弯度的大小表示翼型的弯曲程度，相对弯度大表示翼型向上弯曲度大；相对弯度小表示翼型向上弯曲度小。,20,4)最大厚度位置(Xc)：翼型最大厚度到机翼前缘的距离（Xc)与弦长(b)的比值叫翼型的相对最大厚度位置(Xc

7、) ，并用百分数表示： 相对最大厚度位置的大小表示翼型最大厚度的相对位置。相对最大厚度位置大，表示翼型最大厚度靠后，相对最大厚度位置小，表示翼型最大厚度靠前。,21,3、机翼相对机身的位置及其参数,1）机翼的安装角（ ）是指机翼的弦线与机体纵轴之间的夹角。,22,2）机翼的迎角（ ）：机翼的迎角也叫机翼的攻角，是指机翼的弦线与相对气流（或飞机运动方向）之间的夹角。 迎角有正迎角和负迎角，气流的方向指向机翼的下翼面，这时的迎角为正迎角，飞机的平飞和飞机的爬升飞行一般为正迎角飞行； 气流的方向指向机翼的上翼面，这时的迎角为负迎角，飞机低头飞行和飞机的倒飞都是负迎角飞行。,23,24,3)机翼的上（

8、下）反角（ / - ）：是指机翼的翼弦平面与垂直于飞机的立轴的平面之间的夹角：,25,4）上单机翼、中单机翼和下单机翼 目前，除了个别低速飞机仍是双翼机外，绝大多数是单翼机。单翼机在机身上的配置，可分为上单翼、中单翼和下单翼三种型式。,26,从机翼与机身的干扰阻力来看，以中单翼为最小，上单翼次之，下单翼最大。 从机身内部容积的利用来看，以上单翼为最优。 吊装在下单翼飞机下部的发动机可使发动机的维护方便。 从起落架的配置来看，如果将起落架装在机翼上，上单翼飞机的起落架较长，这样不仅重量大，而且不易收放。 上单翼飞机由于机翼位置较高，检修、拆装机翼上的发动机或其它附件，以及向机翼内的油箱加添燃油都

9、不方便，这会给维护工作带来困难。,27,第二节 升力,一、总空气动力 飞机在空气中运动时，就会产生作用于飞机上的空气动力，飞机各部分所受到的空气动力的总和，叫总空气动力，通常用R表示。一般情况，这个力是向上并向后倾斜的。 根据它所起的作用，可将它分解为垂立于相对气流方向和平行于相对气流方向的两个分力。垂直方向的力叫升力，用“ Y ”表示，升力通常是起支持飞机的作用。平行方向阻碍飞机前进的力叫阻力，用“ X ”表示。 飞机升力绝大部分是由机翼产生的。,28,尾翼也产生一些升力，但其作用主要是用作平衡和操纵飞机，飞机其他部分产生升力很小，一般不考虑。飞机的任何部分在飞行时都会产生阻力。,29,二、

10、机翼升力的产生,当气流流过机翼时，气流从机翼前缘分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，而在机翼后缘重新汇合后向后流去。由于机翼上表面比较凸出，流管变细，流速加快，压力降低；在机翼下表面，机翼比较平，或飞机的飞行有一定的迎角，气流受到阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。 机翼上、下表面出现了压力差。我们将垂直于相对气流方向（或垂直于飞机运动方向）压力差的总和（集合），叫做机翼的升力。,30,31,飞机动力相关参数,1、压力中心 升力作用线与翼弦的交点 2、吸力 作用在飞机上，比大气压力低，负压力，箭头方向朝外； 3、压力 作用在飞机上，比大气压力高，正压力，箭头方向向里。,32,33,三

11、、影响升力大小的因素,1、机翼面积(S) 机翼面积越大，则机翼上、下表面压力差的总和越大，所以升力也就越大。升力与机翼面积成正比。 2、翼型 翼型不同所产生的流线谱也就不同，因此所产生的升力也就不同（机翼上下表面） 1）翼型相对厚度（c） 2）最大厚度位置（Xc） 3）相对弯度(f),34,3、飞行速度(v) 飞行速度越大，升力也越大。由伯努利方程可知：以稳定的速度流动的气流流过机翼时，其动压与静压的和为一常数，当气流流过机翼时，机翼上表面流速增加，压力降低；下表面流速减少，压力增大，而压力的变化与飞行速度的平方成正比，所以升力与飞行速度的平方成正比。,35,4、空气密度( ) 空气密度大，表

12、示单位体积内空气质量多，对机翼的作用力增大，所以升力增大。 5、迎角( ) 在一定迎角范围内，迎角增大，升力增大。机翼的升力随迎角增大而增加，这是因为随着迎角的增大，在翼型上表面的前部流线更加弯曲，流管更细，使流速进一步加快，压力更降低，机翼下表面则阻挡气流的作用更大。流管变得更粗，流速更减慢，压力更提高，上下表面的压力差更大，因而升力增大。,36,37,但是迎角增加超过一定数值时，气流在上翼面的中后部严重分离，大量的漩涡占据了机翼上表面的吸力区。随着涡流区的扩大，吸力减少，升力会突然降低，阻力迅速增加，这种现象被称为“失速”。失速刚刚出现时的迎角叫做“临界迎角”，也叫“失速迎角”，这一迎角一

13、般为1520。,38,（五）、机翼升力的计算公式,机翼升力的大小取决于机翼面积、空气密度、飞行速度、翼型和迎角。其中翼型和迎角主要影响流线谱分布，即影响压力分布。一般用一个无量纲的系数（升力系数Cy）来表示机翼迎角和翼型等因素对升力影响的大小。其数学式子表示为： 即飞机机翼的升力与升力系数、机翼面积和气流的动压（速度头）成正比。,39,（六）、Cy曲线,升力系数包含机翼迎角和翼型参数对机翼升力的影响因素，但在翼型参数一定的情况下，通过风洞吹风试验测出在不同迎角情况下机翼升力变化的数据，然后根据升力的计算公式求出不同的 Cy值，绘 成曲线图， 此曲线被 称为升力 系数曲线， 即Cy曲线。,40,

14、在上述Cy曲线中可以找出： 1、升力系数为零的迎角，叫零升力迎角。用这个迎角飞行，升力为零。 对称翼型的零升力迎角为零度。非对称翼型的零升力迎角一般为负。 2、升力系数最大时的迎角，叫临界迎角，即Cy最大，超过临界迎随后，若迎角再增大，则会在机翼上表面产生气流分离，升力系数下降，曲线将往下弯。 3、升力系数曲线斜率，表示迎角改变1时，所引起的升力系数变化的大小。,41,第三节 飞机的阻力,一、飞机的阻力 阻力是阻碍飞机前进的空气动力。它的方向与飞机运动方向相反。 飞机的阻力有四种 1、摩擦阻力 2、压差阻力 3、诱导阻力 4、干扰阻力,42,(一)摩擦阻力,在飞行中，空气沿着飞机表面流过，由于

15、空气有粘性作用，产生阻止飞机前进这个阻力叫摩擦阻力。,43,(一)摩擦阻力,附面层： 空气被粘住，流速为零，作用力与反作用力的影响，产生附面层摩擦阻力； 紊流层： 速度变化（速度梯度）比层流面速度变化大，摩擦力大； 尽力减少紊流附面层，可以减少摩擦阻力。,44,(二)压差阻力,物体前后产生压力差而形成压力这种阻力叫压差阻力。 飞机压差阻力还与物体迎风面积、物体形状有关，物体的最大迎风面积越大，压差阻力越大，具有流线型”形状的物体压差阻力较小。 摩擦阻力和压差阻力都是由于空气的粘性而产生的阻力，如果空气没有粘性，那么上面两种阻力都不会产生。,45,为什么在机翼后缘合出现气流分离呢?,46,为什么

16、在机翼后缘合出现气流分离呢?,逆压力,当迎角增大时，S分离点前移，后缘漩涡越来越多，压差阻力越来越大。,47,(三)诱导阻力,由于产生升力而诱导出来的附加阻力称为诱导阻力。可以说，诱导阻力是为产生升力而付出的代价。,48,诱导阻力产生的原因,我们假设机翼是无限长，但实际机翼长度是有限的，所以在翼尖处，下翼面的高压气流会绕过两端翼尖，向上翼面的低压区流去，形成漩涡。 翼尖涡流使流过机翼的空气产生下洗速度，并向下倾斜形成下洗流，气流方向向下倾斜的角度，叫下洗角。,49,50,51,52,53,诱导阻力的大小与机翼的升力和展弦比有很大关系。升力越大，诱导阻力越大，展弦比大使下洗速度较小，升力倾斜小；

17、所以诱导阻力比较小。 有的飞机在翼尖上装翼梢小翼，使空气绕翼尖的上下流动受到限制，从而减轻了机翼引起的诱导下洗流。,54,55,(四)干扰阻力,干扰阻力就是飞机各部分间因气流相互干扰而产生的一种阻力。 为了减小干扰阻力，一般在飞机相互结合部分安装整流包（蒙）皮，可使连接处较为圆滑，流管不致过分扩张而产生气流分离。,56,57,58,二、影响阻力大小的因素,(一)迎角 随着迎角的增加 压差阻力而增大（涡流区增大） 摩擦阻力变化不大 诱导阻力迅速增大（压差大，下洗强） 在小迎角的情况下： 诱导阻力增加的速度比压差阻力增加的速度快。 在大迎角的情况下： 压差阻力增加的速度比诱导阻力增加的速度快。,5

18、9,60,(二)飞行速度、空气密度和机翼面积,飞机飞行速度越大，阻力也越大。 空气密度越大，阻力也越大。 飞机阻力与空气密度和飞行速度的平方成正比。 阻力与机翼面积成正比。,61,(三)飞机的翼型和平面形状,机翼的相对厚度大，阻力增大 翼面中弧线曲度大，阻力增大。 机翼平面形状中以椭园形机翼诱导阻力最小，而矩形机翼最大展弦比越大，诱导阻力越小。,62,(四)飞机的外形、表面光洁度和密封性,飞机是否具有流线型的外形（气流平顺），直接影响着压差阻力的大小。 招致飞机外形改变的原因很多。 在飞行中，飞机蒙皮会在过大的空气动力的作用下变形，产生波纹。 舱口盖末盖牢，整流罩上的螺钉未拧紧，以致舱口盖和整

19、流罩有可能在飞行中被吹开。 维护飞机不当、碰撞、敲击等等都会使飞机产生变形。 飞机表面光洁与否，对摩擦阻力的影响很大。,63,飞机内外如有缝隙通气，即密封性不良，也会额外增大阻力。 飞机表面各缝隙处，大都有密过装置。各舱门、舱盖边缘均有密封橡皮垫这些密封装置如果损坏、脱落，以致出现缝隙，就会引起阻力增加。,64,65,三、阻力系数曲线,阻力系数随迎角变化的规律，可用阻力系数曲线来表示。,66,第四节 全机空气动力特性和增升装置 一、飞机的空气动力特性 为了全面判断飞机气动特性的好坏，通常用升阻比（K）和性质角（）作为判断的标准。,67,68,(二) 性质角,性质角就是飞机升力和飞机总空气动力的

20、夹角 飞机的升阻比越大，性质角越小,69,(三)全机的空气动力特性曲线(飞机极曲线）,把飞机的升力系数和阻力系数随迎角而变化的关系线综合地用一条曲线来考虑就是飞机的升阻特性曲线，简称飞机极曲线。 （1）各迎角下的Cx,Cy （2）各迎角下的性质角(o) （3）三个有持殊意义点 最大升力系数 零升阻力系数 最大升阻比,70,最大升阻比一一由原点作曲线的切线。切点对所的升阻比是最大升阻比，该升力系数对应的迎角是有利迎角。在有利迎角上，飞机具有最小的性质角。 (4) 在有利迎角以前，迎角越大、升阻比越大，性质角越小。超过有利迎角以后，迎角越大，升阻比越小，性质角越大。,71,最大升力系数,零阻力系数

21、,最大升阻比,72,73,二、飞机的增升装置,对于同一飞机来说，其升力大小主要随飞行速度和迎角而变。低速飞行，可以采取大迎角，但迎角是有极限的。 为了保证飞机能在更小的速度、迎角有限的情况(例如起飞和着陆)时，仍能产生足够的升力，就有必要在机翼上装设增加升力的装置。 目前使用较广泛的有前缘缝翼、后缘襟翼、前缘襟翼。,74,（一)前缘缝翼,为了延续的气流分离，以提高临界迎角和最大升力系数，有的飞机装有前缘缝翼。 它位于机翼前缘，打开时与机翼之间有一缝隙。空气一方面会从压力较大的下表面通过前缘缝翼流向上表面、减小上、下表面的压力差，使升力系数有所减小；另一方面，空气通过缝翼加速后，贴近上表面流动，

22、能够增大上表面附面层中的空气动能，以延迟气流分离的产生，又具有增大升力系数的作用。,大迎角或临界迎角，前缘缝翼起增大升力的作用,75,76,77,从构造上看，前缘缝翼有固定式和自动式两种。 固定式前缘缝翼，其缝隙是固定的。不能随迎角地改变而开闭。优点是构造简单，但在大速度时，阻力增加较多，所以目前应用不多，只有个别的低速飞机上才使用。 自动式前缘缝翼，有专门机构与机翼相连，依靠空气的压力或吸力来使缝翼闭合和张开。 优点是无论是在低速还是高速都有较好的气动特性。,78,79,(二)后缘襟翼,襟翼位于机翼后缘的，叫后缘襟翼。它的种类很多，常用的有： 分裂襟翼 简单襟翼 开缝机翼 后退襟翼 后退开裂

23、襟翼等 放下襟翼 既可提高升力，同时也增加阻力。所以多用于着陆。飞机为了缩短起飞、滑跑距离，起飞也放襟翼，但放下角度较小。,80,81,1.分裂襟翼 放下分裂襟翼的增升效果相当好，一般最大升力系数可增大75一85。,原理：增大压力差； 增加翼面弯曲度。 缺点：临界迎角有所减小。,82,2、简单襟翼,简单襟翼放下时相当于改变了机翼的切面形状，使机翼更加弯曲。（副翼）,原理：增大压力差； 增加翼面弯曲度。 缺点：阻力增大比升力快，升阻比总体降低。,83,3、开缝襟翼,开缝襟翼是在简单襟翼的基础上改进而成的。放下开缝襟翼，一方面襟翼前缘和襟翼后缘之间形成缝隙；另一方面，放下开缝襟翼，使机翼更加弯曲，

24、也有提高升力的作用。,原理：延缓气流分离， 减小涡流区； 增加翼面弯曲度。 85%95%升力。 缺点：临界迎角有所减小。 设计、制造、维护复杂。,84,85,4、后退襟翼,放下后退襟翼，不仅能增大机翼切面的弯曲度，而且还增大了机翼面积。 增升效果好。,86,5、后退开裂襟翼,后退开缝襟翼和后退襟翼相似，也可后退。同时又和开缝襟翼相似，当襟翼处于后退位置时，它的前缘和机翼后缘形成一条缝隙。所以它兼有后退襟翼和开缝襟翼二者的优点，增升效果极好，现代高速和重型飞机广泛采用。,87,6、双开缝襟翼,双开缝襟翼与单开缝襟翼构造相似，有一小块导流片，襟翼放下时，与机翼后缘形成两条双开缝。,88,6、双开缝襟翼,89,后缘襟翼增升的共同点： 增加弯度。 增升的原理： 1、增加弯度 2、增加机翼面积 3、改善机翼表面气流特性。,90,滑跑（起飞）,平飞,91,下降,落地,92,