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航(háng)空知识手册之(zhī)十一:飞机升力与失速 升力的来源

 

升(shēng)力的来源

在机翼上(shàng),压力(lì)最高的点(diǎn)也就是所谓的驻点,在(zài)驻点处是空气与前缘相遇的地方。空气相对于机翼的速度(dù)减小到零,由伯努利定理知道这是(shì)压力(lì)最大的点。上翼面和下(xià)翼面的(de)空气必须从这个点由静止加速离开。在一个(gè)迎角为零、完全对称(chēng)的机翼上(shàng),从驻(zhù)点开始(shǐ),流经上下边面的气流速(sù)度是相(xiàng)同(tóng)的(de),所以上(shàng)下边面的压力变化(huà)也是完全相同的(de)。这和在(zài)狭长截面的文氏(shì)管中的流动是相似的,在流速达到(dào)最(zuì)大的点,其压力达(dá)到最(zuì)低。在这个最低压力点之后,两个(gè)表面(miàn)的流(liú)速同时降低。空气最终(zhōng)必定要回到主(zhǔ)来流当中(zhōng),压力也(yě)恢(huī)复正常。由于(yú)上下表面的速度和(hé)压(yā)力特性是相同(tóng)的,所以这(zhè)种状态的机(jī)翼不会(huì)产生升力。

如果对称机翼相(xiàng)对来流旋(xuán)转了一个迎角,驻点就会稍稍(shāo)向前(qián)缘的下表面移动(dòng),并(bìng)且流经(jīng)上下表(biǎo)面的空气流动情(qíng)况也发生(shēng)了(le)改变,流经上表面的空气(qì)被迫夺(duó)走了一段距离,在上下表(biǎo)面(miàn),空(kōng)气仍然有(yǒu)一个从驻(zhù)点加(jiā)速离(lí)开的过程,但是下表面的最高速度要小于表(biǎo)面的最(zuì)高速度。

在某些集合迎角为父的位置上,上下表面的平均压力是可能相等的,因此有弯度翼型存(cún)在一个零升(shēng)迎(yíng)角(jiǎo),这是翼型的气动力零点。尽管在这个迎角下没(méi)有产(chǎn)生(shēng)升力,但由于翼型弯度的存在,上(shàng)下面的流动特征是不一样的。因此,尽管(guǎn)上下(xià)表面没有平均压力差,在翼表面上却会(huì)产生不平衡并导致俯仰力矩(jǔ)的产生,这个力矩在飞行器配平中非常重(chóng)要。

升力系(xì)数(shù)有一个非常明确的极限值。如果迎角太大或是弯(wān)度(dù)增(zēng)加太(tài)多的话,流线就会被破坏并且流动(dòng)从机(jī)翼上分离。分离剧烈地改(gǎi)变了上下表(biǎo)面(miàn)的压力差,升力被大幅度降低,机翼处(chù)于失速(sù)状态(tài)。

气(qì)流分离在小范围内是一种普遍现象。。在上表面,流(liú)动可能在后缘前某个(gè)地(dì)方就分离(lí)了,气流在上下表面都(dōu)可能分(fèn)离,但是(shì)有可能再(zài)附着(zhe)。这就是所谓的“气(qì)泡分离(lí)”

阻力和(hé)升(shēng)阻比(bǐ)

翼型阻力

形(xíng)状阻力(lì)(型阻)或压差阻力是由(yóu)于气流的经(jīng)过,物体周围压力(lì)分布不同而造成的阻力,而蒙皮摩擦(cā)阻力或粘性(xìng)阻力是(shì)由于(yú)空气和飞行器(qì)表(biǎo)面接触产(chǎn)生的。将这些阻力分(fèn)类是非常有用的,这些(xiē)阻力很(hěn)很显然是同(tóng)时产生的。

蒙(méng)皮摩(mó)阻和(hé)行阻之间的关系非常密切:一个(gè)会影响另外(wài)一个。举例来说,蒙皮摩阻很(hěn)大程度上是由气流(liú)的速度决定的,而流向后方的流体的(de)速度是(shì)由物体的外形来决定的。因此,特别是在考虑翼型(xíng)时,型(xíng)阻和(hé)摩阻通常放到一(yī)起考虑并用一个新的名词重新命名——翼型阻力,经常也称型(xíng)面阻力。与诱导阻力(lì)相(xiàng)比,蒙皮摩阻和行(háng)阻都直接与速度的(de)平(píng)方成(chéng)正比。所以,当速度增加而诱导阻(zǔ)力减少时,型阻和蒙皮摩擦增加,反之亦然。

涡(wō)阻力

诱导阻力现在(zài)更多地被称为涡诱导阻力,简称涡(wō)阻(zǔ)力或涡阻。因为它是与从机(jī)翼翼尖或(huò)者任意表面(miàn)拖出的涡联系在一(yī)起的,而这(zhè)些(xiē)涡产生了升力。涡的出现是直接跟升力联系在(zài)一起的:给(gěi)定机翼的升力系(xì)数越高,涡的影响也越明显。

总阻力(lì)

飞(fēi)行器在每个速(sù)度下的总阻(zǔ)力(lì)由总的涡(wō)阻力和所有其他的(de)阻力(lì)组(zǔ)成。在涡阻(zǔ)力(lì)等于其(qí)他阻力和的地方(fāng),阻力达到最小值。由(yóu)于在给定飞行器(qì)质量的水平飞行中,升力是个常数,在曲线(xiàn)上最小阻(zǔ)力点处就是飞行(háng)器的最大(dà)升阻比出(chū)现的位置(zhì)。一个滑翔机的极曲线的形(xíng)状(zhuàng)与(yǔ)这条(tiáo)曲线密切相关(guān),比如,用下沉(chén)速度比(bǐ)平飞速度而不是用总阻力(lì)系数(shù)比总升力系数。

失速

只要机翼产生(shēng)的升力(lì)足(zú)够抵消飞(fēi)行器的总载荷(hé),飞行就会一直飞行。当(dāng)升力急剧下(xià)降时,飞机就失速。

记(jì)住(zhù),每次(cì)失速的直(zhí)接原因(yīn)是迎(yíng)角过大。有很多飞行机动(dòng)会增加飞机的迎角,但是(shì)直(zhí)到迎角过(guò)大之前(qián)飞机不会失速。

在(zài)三种情(qíng)况下会超过临界迎角:低速飞行(háng)、高速飞(fēi)行和转弯飞行。

飞机在平直飞行时如果飞(fēi)得太慢也会失(shī)速(sù)。空速(sù)降低时,必须增加迎角(jiǎo)来(lái)获(huò)得(dé)维持高速所需要的升力(lì)。空速(sù)越低,必须增加更大的迎角(jiǎo)。最终,达到一个迎角,它会(huì)导致机翼不能产(chǎn)生足够的升力维持飞机,飞机开(kāi)始下(xià)降(jiàng)。如(rú)果空速进(jìn)一步降低,飞行(háng)就会失(shī)速,由(yóu)于迎角已经超出(chū)临(lín)界迎角,机(jī)翼上(shàng)的气流(liú)被打乱了(变(biàn)成了(le)紊流(liú))。

高速飞行(háng)中(zhōng)的失速

展弦比(bǐ)

展弦比(bǐ),为飞机(jī)空气动力学的专有名词,是翼展长(zhǎng)度与平(píng)均(jun1)气动弦(xián)长(zhǎng)的壁纸。无人(rén)机在设(shè)计时(shí)需(xū)要根据任务需求(qiú)选(xuǎn)择展弦(xián)比。

地面效(xiào)应(yīng)

地面效应(yīng)也称为翼地效应或翼面效应(yīng),是一种使飞行器诱导阻力减小(xiǎo),同(tóng)时能获得比空中(zhōng)飞行(háng)更(gèng)高升(shēng)阻比的流体力学效应。

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