飞机性能——飞行的升阻力

1.2 飞行的升阻力

1.2.1机翼的形状

机翼的平面形状

机翼的几何参数

翼展：左右两翼翼尖之间的距离。

平均几何弦长：机翼面积与翼展之比。对于矩形机翼：是前缘到后缘的直线距离。

展弦比（aspect ratio）：翼展与平均几何弦长之比，或翼展平方与翼面积之比。

根梢比（梯形比）：翼根弦长和翼尖弦长之比。

前掠角、后掠角

机翼前缘同垂直于机身中心线的直线之间所夹的角度。是机翼与机身夹角的余角。机翼前缘位于机身中心线垂直线前面，称为前掠角；机翼前缘位于机身中心线垂直线后面，称为后掠角。

在俯视图上，机翼有代表性的基准线(一般取25%等百分比弦线)与飞机对称面法线之间的夹角。基准线向后折转时为后掠角。

后掠角是指从飞机的俯仰方向看，机翼平均气动弦长连线自翼根到翼尖向后歪斜的角度。如果是机翼前缘线的歪斜角，则称前缘后掠角。上反角、下反角

机翼的底面同垂直于飞机立轴的平面之间的夹角。从飞机侧面看，翼尖上翘是上反角；翼尖下垂是下反角。

机翼的铅垂剖面——翼型

翼型的几何特征

机翼的铅垂剖面又叫做翼型。翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。

前缘和后缘

翼型前端点叫做前缘，后端点叫做后缘。

翼弦和弦长

前缘和后缘之间的连线称为翼弦。翼弦的长度称为弦长。

翼型的弯度分布和厚度分布

迎角

对于翼型和固定翼飞机，来流方向和翼弦的夹角称为迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

对于直升机和旋翼机，迎角的表示方法与固定翼飞机略有不同，它是指与前进方向垂直的轴和旋翼的控制轴之间的夹角。

1.2.2升力的产生

气体的管流特性

理想低速气体的管流特性——Bernoulli 定理

气流流经光滑管路，不计摩擦及其它损失，满足理想流体的伯努利定理：气体总压保持不变：总压=静压+速压，并且：

气流通过等截面管路，处处流速相等，静压相等；

气流通过收敛管路，速度加大，静压下降；

气流通过扩张管路，速度降低，静压提高；

低速和亚声速气流在变截面管道中的流动

低速气流在变截面管道中流动时，由于气流密度变化不大，可视为不可压缩流体：

亚声速气流在变截面管道中流动

超声速气流在变截面管道中的流动

在低速飞行中，机翼周围的空气由于压力变化所引起的空气密度变化量很小，其影响可以略去不计；而在高速飞行中，气流速度变化所引

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起的空气密度变化，会引起空气动力发生很大的变化，甚至会引起空气流动规律的改变，因此它的影响就不能忽略了。这就是高速气流特性与低速气流特性之所以不同的根本所在。

随着气流速度的增加，当其接近和大于声速时，气流受到强烈的压缩，压力、密度和温度都会发生显著的变化，气流流动特性会出现一些与低速气流不同的质的差别。

与低速气流相反，收缩管道将使超声速气流减速、增压；而 扩张形管道将使超声速气流增速、减压。这是因为横截面积的变化引起的密度变化，比横截面积变化引起的速度的变化快得多，密度的变化占了主导地位的缘故。对于超声速气流，由于密度不再是常数，因此应遵循可压缩流体的连续性方程。管道横截面积的减小或增加，要求密度和速度的乘积也相应地增加或减小，而此值的增加或减小又是通过密度的迅速增大和流速的缓慢减小或者密度的迅速减小和流速的缓慢增加来实现的。

气体绕固体障碍物的流动

驻点：在气流与障碍物接触的界面上，气流完全停滞的点。

在驻点处，气流分成两股，分别流向障碍物的上下两边，绕过障碍物后，再重新汇合。

在靠近障碍物的范围，总压、静压和流速改变；在障碍物截面最大处，流速最大，静压最低。

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若气体是理想无黏性体，障碍物是理想光滑体，在障碍物的远后方，总压、静压和流速恢复；

若气体是黏性体，障碍物是非光滑体，因气体与障碍物之间发生摩擦，在障碍物后形成涡流区，在该涡流区内气流的动能基本丧失，不能恢复为势能，因此在绕过障碍物后的总压下降。

流过垂直平板流过翼型剖面

气体流经翼型

当气体迎面流过翼型时，原来是一股气流，被插入的翼型分成上下两股，通过翼型后，在后缘又重合成一股。

气体流经翼型上下表面时，类似于流经收敛通道，因此流速增加，静压下降。由于迎角的存在，通常翼型上表面的气流速度比下表面的高，上表面的静压比下表面的低，翼型上下表面的静压差，产生升力。

迎角越大，翼型上下表面的静压差越大，升力越大。当迎角大到某一值时，翼型上表面的气流无法完全贴着翼型表面流动，开始发生分离，形成涡流。

迎角很小的情况

迎角中等的情况

迎角很大的情况

迎角太大的情况

气体流经不同迎角的翼型

作用在翼型上的气动力

气动合力分解为升力和阻力

将翼型上的气动合力分解为在垂直于和平行于气流方向的两个分量，分别是翼型上的升力和阻力：L=qS W C L；D=qS W C D

q ：气流的速压或动压

S W：翼型投影面积

C L /C

D ：升/阻力系数

翼型的升力系数和阻力系数反映了机翼气动特性，均与翼型、迎角、气流雷诺数等有关。

飞机的升力是如何产生的？

根据气体的管流特性和伯努利定理，作用于飞机机身和机翼上下表面