飞行原理课件

2013-10-271国际飞行学院1第一章亚音速空气动力学•1.1物理基础•1.2飞行大气环境与标准大气•1.3空气流动的描述与基本定理•1.4翼型和机翼形状及参数•1.5气动力的合力、力矩及其系数•1.6升力•1.7阻力•1.8升阻比及极曲线•1.9增升装置•1.10失速国际飞行学院2阻力：作用在飞机上的空气动力的合力在来流速度方向（或飞行速度方向）的分量，与飞行速度方向相反阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行2013-10-272国际飞行学院31.7阻力1.7.1翼型的阻力1.7.2飞机的阻力1.7.3飞机的阻力特性1.7.4地面效应国际飞行学院4翼型的升力、阻力、总的空气动力升力阻力合力(总空气动力)飞机运动方向1.7.1翼型的阻力2013-10-273国际飞行学院51、理想流体中翼型的阻力低速、亚音速理想流体绕流时，作用在翼型上的气动力的合力垂直与无穷远来流速度，即只产生升力，没有阻力•当MMcr时，会产生波阻1.7.1翼型的阻力国际飞行学院62、实际流体中翼型的阻力•无论是否有升力，都有阻力•压差阻力•摩擦阻力•波阻（MMcr）型阻1.7.1翼型的阻力2013-10-274国际飞行学院71.7阻力1.7.1翼型的阻力1.7.2飞机的阻力1.7.3飞机的阻力特性1.7.4地面效应国际飞行学院8运动飞机的升力、阻力、总的空气动力LiftResultantforce1.7.2飞机的阻力2013-10-275国际飞行学院9阻力：飞机的阻力是平行于来流的空气动力分量，它产生的原因较升力复杂的多。∞VaRDLLDV∞RaTDWL阻力D一般按照产生的原因或性质分为摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力、激波阻力和诱导阻力。V1.7.2飞机的阻力国际飞行学院101、摩擦阻力（Skinfrictiondrag）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。1.7.2飞机的阻力2013-10-276国际飞行学院11影响摩擦阻力的因素Ø附面层的类型：紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。Ø飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。Ø飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。Ø空速越大，摩擦阻力越大。Ø翼型厚度越大，摩擦阻力越大。Ø迎角越大，摩擦阻力越大。1、摩擦阻力（Skinfrictiondrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院12Skinfrictiondragdependsmainlyonvelocityandviscosityoftheair.1、摩擦阻力（Skinfrictiondrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-277国际飞行学院13摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大摩擦阻力占总阻力的比例超音速战斗机25-30%大型运输机40%小型公务机50%水下物体70%船舶90%1、摩擦阻力（Skinfrictiondrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院142、压差阻力（Formdrag）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。1.7.2飞机的阻力在前缘,气流受阻,流速变慢,压强增大p前在后缘,气流形成涡流区,空气旋转、摩擦导致动能损失、压强减小p后。2013-10-278国际飞行学院15飞机相对气流的速度越大，机翼等部件的前、后气流压差越大，因此压差阻力越大。在前缘,气流受阻,流速变慢,压强增大p前在后缘,气流形成涡流区,空气旋转、摩擦导致动能损失、压强减小p后。2、压差阻力（Formdrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院16分离点位置与压差阻力大小的关系：Ø分离点靠前，压差阻力大。Ø分离点靠后，压差阻力小。ABCC’'BCCPPP2、压差阻力（Formdrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-279国际飞行学院17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。ü迎风面积大，压差阻力大ü迎角越大，压差阻力也越大。2、压差阻力（Formdrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院18Ø要减小压差阻力，应尽可能将暴露在空气中的各个部件或另件做成流线形的外形，并减小迎风面积。对不能收起的起落架和活塞式发动机都应加整流罩。机翼界面的流线谱圆柱的流线谱斜立平板的流线谱2、压差阻力（Formdrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2710国际飞行学院19Ø要减小压差阻力:维护使用中，要保持好飞机的外形，不要碰伤飞机表面，各种舱的口盖应盖好，同时保持好飞机的密封性。2、压差阻力（Formdrag）1.7.2飞机的阻力压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。国际飞行学院203、干扰阻力（Interferencedrag）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。1.7.2飞机的阻力2013-10-2711国际飞行学院21干扰阻力的减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。通过改进飞机的气动布局，可以减小干扰阻力。干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。3、干扰阻力（Interferencedrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院224、激波阻力当飞行马赫数超过临界马赫数（出现超音速区域），产生激波阻力。波阻的产生与粘性无关。1.7.2飞机的阻力后掠翼可以提高临界马赫数，推迟激波的出现；超临界翼型可以提高阻力发散马赫数，推迟阻力的增加。2013-10-2712飞机的低速抖动：失速飞机的高速抖动：激波分离4、激波阻力1.7.2飞机的阻力国际飞行学院245、诱导阻力（InducedDrag）诱导阻力是三维机翼在产生升力时伴随产生的一种阻力，无论有无粘性，只要产生升力，就会产生这种阻力，不产生升力则无此种阻力，是为产生升力必须付出的代价，所以称为诱导阻力，也叫升致阻力。1.7.2飞机的阻力2013-10-2713国际飞行学院25I.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，于是在翼端形成一般涡流。这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院26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5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2714国际飞行学院27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。I.翼尖涡的形成5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院28翼尖涡的立体形态I.翼尖涡的形成5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力WINGTRAILINGEDGEVORTEX2013-10-2715国际飞行学院29I.翼尖涡的形成5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力翼尖涡的形态国际飞行学院30I.翼尖涡的形成5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2716国际飞行学院31翼尖涡形成的进一步分析注意旋转方向下洗速度上洗速度I.翼尖涡的形成5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院32II.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。下洗流：5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2717国际飞行学院33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。II.下洗流（DownWash）和下洗角5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院34III.诱导阻力的产生由于下洗的存在，使机翼受的实际空气动力是由下洗流产生的，下洗流使机翼产生的升力垂直于下洗流，而不是来流，即L’。L’产生两个效果：升力和诱导阻力诱导阻力平行于相对气流方向，起着阻碍飞机前行的作用LL’D5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2718国际飞行学院35VxV∞u气流V∞流经机翼后u方向发生偏转，下折角度α诱导阻力下洗速度“阻力Lsinα”是由升力的诱导而产生的，因此叫做“诱导阻力”。它是由于气流下洗使原来的升力偏转而引起的附加阻力，并不包含在翼型阻力之内。5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院3636III.诱导阻力的产生5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2719国际飞行学院3737III.诱导阻力的产生5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院38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。5、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力2013-10-2720国际飞行学院39)1(2122dplr+==∞∞LiXiCSvXC诱导阻力系数公式：δ取决于机翼平面形状椭圆机翼δ＝0，否则δ0机翼平面形状偏离椭圆机翼越远δ越大。国际飞行学院40IV.影响诱导阻力的因素Ø升力越大，诱导阻力越大Ø展弦比越大，诱导阻力越小405、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力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。Increasingaspectratioreducesinduceddrag2013-10-2721国际飞行学院41对于低速飞机，由于速度小，使用的升力系数较大，故诱导阻力占总阻力的比例较大，为减小诱导阻力，低速飞机场采用大展弦比。对于高速飞机，由于速度大，使用的升力系数较小，故诱导阻力占总阻力的比例较小。415、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院42IV.影响诱导阻力的因素425、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力Ø机翼平面形状：在展弦比和升力系数都相同的时候，椭圆形机翼的诱导阻力最小Ø翼梢小翼可以减小诱导阻力2013-10-2722国际飞行学院43翼梢小翼可以减小诱导阻力435、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院44翼梢小翼（winglet）2013-10-2723国际飞行学院45Taperingwingtipsreducesinduceddrag.IV.影响诱导阻力的因素455、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院46ModifiedwingtipscanreducetheformationofvorticesPLAINWINGWINGTIPFENCEMODIFIEDWINGTIPWINGLETWINGTIPTANK465、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力IV.影响诱导阻力的因素2013-10-2724国际飞行学院47V.翼尖窝（尾流）的影响475、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力国际飞行学院48翼尖涡会保留一段时间，由于粘性的作用，气团的旋转越来越弱并向外扩散，最后消失。Ø机型越大，尾流强度越大Ø静风影响最大Ø速度越慢，影响越大V.翼尖窝（尾流）的影响485、诱导阻力（InducedDrag）1.7.2飞机的阻力•尾流的运行方向向下飘，300米的垂直间隔无影响•水平间隔，前重后轻12km2013-10-2725国际飞行学院49尾流对后面飞机的影响V.翼尖窝（尾流）的影响495、诱导阻力（I