飞机原理与构造第三讲低速空气动力学基础(2)

19
翼型的升力和阻力
翼型在不同迎角下的压强分布
2011-12-8
20
翼型的升力和阻力
翼型在不同迎角下的压强分布
2011-12-8
21
翼型的升力和阻力 压力中心： 压力中心：
升力作用线与翼弦的交点。 升力作用线与翼弦的交点。
吸力
压力
2011-12-8
22
翼型的升力和阻力
压力中心（CP） 压力中心（CP）位置随迎角改变的变化
L
主要有两条途径: 主要有两条途径: ——增大上缘(上弧线)曲率； ——增大上缘(上弧线)曲率； 增大上缘 ——飞机以一定的迎角飞行 飞机以一定的迎角飞行。 ——飞机以一定的迎角飞行。
ps1 ps2
V1
S1
S2
V2
2011-12-8
5
翼型的升力和阻力
飞机的升力 迎角: 定义为气流速度矢量 翼弦之间的夹角 迎角: 定义为气流速度矢量与翼弦之间的夹角，当气 气流速度矢量与 之间的夹角，
n V
0.99V
2011-12-8
31
翼型的升力和阻力
附面层
2011-12-8
32
翼型的升力和阻力
层流和紊( 层流和紊(湍)流:
a 层流
b 层流开始破坏
c流动趋于紊流
d 紊流
细致地调节细管中红水的 流速， 流速，当它与主流管内水流速 度相近时， 度相近时，可以看到清水中有 稳定而清晰的红色水平流线， 稳定而清晰的红色水平流线， 表明这时主流管中各水层互不 干扰地流动。 干扰地流动。这种水流叫做层 流。
2011-12-8
25
翼型的升力和阻力
相对厚度对升力特性的影响： 相对厚度对升力特性的影响：
相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。 相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。
相对厚度增加
2011-12-8
26
翼型的升力和阻力
翼型前缘半径对升力特性的影响： 翼型前缘半径对升力特性的影响：
后掠翼对升力特性的影响： 后掠翼对升力特性的影响：
平直机翼的最大升力系数更大，升力系数曲线斜率越大， 平直机翼的最大升力系数更大，升力系数曲线斜率越大，临 界迎角越小。 界迎角越小。
平直机翼
后掠翼
2011-12-8
29
翼型的升力和阻力
翼型前缘粗糙度对升力特性的影响： 翼型前缘粗糙度对升力特性的影响：
2011-12-8
35
翼型的升力和阻力
实验表明真正决定液流流动状态的是用管内的平均流速 V、液体的运动粘度μ、管径d 三个数所组成的一个称为雷 液体的运动粘度μ 诺数Re的无量纲数， Re的无量纲数 诺数Re的无量纲数，即
2011-12-8
23
翼型的升力和阻力
压力中心（CP） 压力中心（CP）位置随迎角改变的变化
2011-12-8
24
翼型的升力和阻力 影响升力大小的因素
1、机翼面积(S) 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， 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。 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， 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） 就不同（机翼上下表面） 翼型相对厚度（ 1）翼型相对厚度（c） 最大厚度位置（Xc） 2）最大厚度位置（Xc） 相对弯度(f) 3）相对弯度(f)
V
C y max = C y (α − α 0 )
α
−α 0
2011-12-8
V
α0 α =0
V
α
αcr
V
α
αcr
16
翼型的升力和阻力
Cy-α曲线的特点: Cy- 曲线的特点:
Cy
Cy=0 的迎角 ( 用 α0 表示 ) 一 的迎角( 表示) 般为负值( 般为负值(0º~4º)； ) Cy-α 曲线在一个较大的范 围内是直线段； 围内是直线段； Cy 有一个最大值 y max ， 而 有一个最大值C 在接近最大值Cy max 前曲线上升 在接近最大值 的趋势就已减缓
拉力
阻力
Pull
Drag
重力
Weight
2011-12-8
2
翼型的升力和阻力
飞机的升力
飞机升力产生的原理——机翼上下表面的压力差 飞机升力产生的原理——机翼上下表面的压力差 —— 机翼上、 机翼上、下表面 出现了压力差。 出现了压力差。并将 垂直于相对气流方向 （或垂直于飞机运动 方向） 方向）压力差的总和 集合）， ），叫做机翼 （集合），叫做机翼 的升力。 的升力。
33
2011-12-8
翼型的升力和阻力
层流和紊( 层流和紊(湍)流:
层流：液体质点互不干扰， 层流：液体质点互不干扰，液体的 流动呈线性或层状， 流动呈线性或层状，且平行于管道 轴线； 轴线；
紊流：液体质点的运动杂乱无章， 紊流：液体质点的运动杂乱无章， 除了平行于管道轴线的运动以外， 除了平行于管道轴线的运动以外， 还存在着剧烈的横向运动。 还存在着剧烈的横向运动。
前缘半径增加，临界迎角增加。 前缘半径增加，临界迎角增加。
半径小
半径大
2011-12-8
27
翼型的升力和阻力
展弦比对升力特性的影响： 展弦比对升力特性的影响：
展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小 展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小。
展弦比高 展弦比低
2011-12-8
28
翼型的升力和阻力
2011-12-8
15
翼型的升力和阻力 升力曲线: 升力曲线:
升力系数Cy与机翼迎角α的关系曲线
一般当飞机的飞行高度和速度（马 一般当飞机的飞行高度和速度（ 赫数）一定时， 赫数）一定时，升力系数随迎角的变化 如图所示，当迎角较小时可以写作. 如图所示，当迎角较小时可以写作
Cy
Cmax y
α
α
α > α cr
翼型前缘越光滑，最大升力系数越高，临界迎角越大。 翼型前缘越光滑，最大升力系数越高，临界迎角越大。
光滑 粗糙
2011-12-8
30
翼型的升力和阻力
附面层： 附面层：
空气是有粘性的，当气流流过一个物体时， 空气是有粘性的，当气流流过一个物体时，紧贴物体表面的那 层空气必然完全粘在上面，速度变为零，然后流速一点点增大， 层空气必然完全粘在上面，速度变为零，然后流速一点点增大，直 到基本恢复到原来的流速发生变化的空气层就叫附面层或边界层。 到基本恢复到原来的流速发生变化的空气层就叫附面层或边界层。 附面层的厚度很薄，而且与物面的长度成正比，即物面长度越大， 附面层的厚度很薄，而且与物面的长度成正比，即物面长度越大， 附面层越厚。 附面层越厚。
2011-12-8
18
翼型的升力和阻力 翼型的压力分布
驻点和最低压力点
A点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附 称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附 近，该处气流流速为零。 该处气流流速为零。 称为最低压力点， 机翼上表面负压最大的点。 B点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。
2011-12-8
ps1 ps2
V1
S1
V2
S2
机翼翼型的流线普
ps2> ps1
2011-12-8
3
翼型的升力和阻力
飞机的升力
飞机升力产生的原理——机翼上下表面的压力差 飞机升力产生的原理——机翼上下表面的压力差 ——
飞机升力的形成
2011-12-8
4
翼型的升力和阻力
飞机的升力
增加升力↔增加机翼上、下表面压力差： 增加升力↔增加机翼上、下表面压力差：
2011-12-8
34
翼型的升力和阻力
层流和紊( 层流和紊(湍)流:
层流和紊流是两种不同性质的流态。 层流和紊流是两种不同性质的流态。 层流时，液体流速较低，质点受粘性制约， 层流时，液体流速较低，质点受粘性制约，不能随 意运动，粘性力起主导作用； 意运动，粘性力起主导作用； 紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱， 紊流时，液体流速较高，粘性的制约作用减弱，惯 性力起主导作用。 性力起主导作用。 液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数 雷诺数来 液体流动时，究竟是层流还是紊流，要用雷诺数来 判定。 判定。
F22飞行失速训练 飞行失速训练
2011-12-8
11
翼型的升力和阻力 升力计算
翼型和迎角对升力的 影响可以通过升力 系数Cy表现出来。 Cy表现出来 系数Cy表现出来。升 力公式可以写为
1 2 Y = C y ρV S 2 Y Cy = 1 ρV 2 S 2
2011-12-8
12
翼型的升力和阻力
升力公式的物理意义： 升力系数
Y = C y ⋅ ρV ⋅ S
1 2 2
1 2
ρV 2
S
—飞机的飞行动压 —机翼的面积
飞机的升力与升力系数、 飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正 升力系数综合的表达了机翼形状、 比。升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升 力的影响。 力的影响。
流吹向下翼面时为正，如图所示。 流吹向下翼面时为正，如图所示。
L
R
V∞
D
α
2011-12-8
6
翼型的升力和阻力
飞机的升力 迎角: 定义为气流速度 迎角: 定义为气流速度
矢量与翼弦之间的夹 矢量与翼弦之间的夹 角，当气流吹向下翼 面时为正，如图所示。 面时为正，如图所示。
不同于飞机的姿态
2011-12-8
2011-12-8
10
翼型的升力和阻力 失速