机翼平面形状设计
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• 如何确定扭转角
- 根据目标升力分布； - 负扭转角的范围：0º~5º
ycdz
0
• 对于梯形机翼:
cA
2 3
c0
1 2 (1 )
xA
1 3
x尖
2 1
• 求平均气动力弦长的几何作图法
航空宇航学院
yA
1 3
y尖
2 1
航空宇航学院
机翼平面形状设计时所考虑的因素
• 气动特性 • 结构重量 • 内部容积
–燃油箱布置 –起落架布置
航空宇航学院
几何参数对气动特性和结构重量影响
▲ 增大，最大升力系数降低； ▲ 增大，机翼升阻比K降低；
航空宇航学院
2）对结wenku.baidu.com重量的影响
▲ 增大，机翼结构重量增加。
对于战斗机：
W机翼
1 cos
3）对内部容积的影响
▲ 过大，不有利于布置起落架。
4）如何选定后掠角
▲ 对于亚声速飞机： =0 或 <15o (用于调整重心）
▲ 对于高亚声速飞机： =2540；可以提高临M界数，延缓激波的产生
米格-29
航空宇航学院
苏-27
航空宇航学院
航空宇航学院
机翼安装角的确定
• 机翼安装角的定义：
机翼根弦与机身轴线之间的夹角
• 安装角对飞机气动特性和性能的影响：
- 对巡航时阻力有影响； - 对起飞滑跑距离有影响；
• 如何确定安装角（iw)
CL,Des
C
L
iw
（CL，Des：巡航时所需的升力系数）
4）对稳定性和操纵性影响：
▲ 减小，减小从亚音速到超音速过程中气动焦点的移动量；
▲ 减小，降低了飞机横滚阻尼特性
5）对结构重量的影响：
▲ 增大，机翼根部弯矩增大，导致结构重量增加；
▲ 减小，机翼根部弦长增大，结构高度增加，有利于承力构件布置；
6）对内部容积的影响：
▲ 减小，有利于起落架布置；
▲ 减小，可增加燃油容积。
航空宇航学院
6）展弦比统计值 亚声速飞机：69，最大可达10 超声速飞机：35，最小可至2
飞机名称
阿夫罗RJ70（英） CRJ700ER（加） ERJ170LR（巴）
728JET（美） 福克70（荷）
乘客 （人） 70~85 66 ~78
70
70~85 70~79
机翼展长 （米）
26.3
机翼面积 （米2）
航空宇航学院
机翼的设计
• 翼型的选择与设计 • 机翼平面形状设计 • 机翼安装角和上反角的确定 • 关于边条翼、翼梢形状和Yehudi Flap • 增升装置的设计 • 副翼的设计 • 设计举例
航空宇航学院
机翼平面形状设计
• 描述机翼平面形状的几何参数 • 机翼平面形状设计时所考虑的因素 • 几何参数对气动特性和结构重量的影响 • 机翼平面形状的几何参数的确定
• 几何参数之间的关系
如果给定： S, , , 1/ 4 则：
航空宇航学院
l S
c根
2S
/[l (1
1
)]
c尖
1
c
根
cA
2 3
c根
1 2 (1)
tg 前缘
tg1/ 4
(1
1
)
/[
(1
1
)]
•平均气动力弦长 cA
cA
2 S
l / 2 c2dz
0
xA
2 S
l/2
xcdz
0
yA
2 S
l/2
2）小后掠角飞机高速时
▲ 零升阻力太大
3）解决方案：变后掠！
F-111第一架变后掠飞机
起飞时：
前缘=16º
亚音速巡航飞行时 ：前缘=26º
超音速飞行时：
前缘=72.5º
航空宇航学院
航空宇航学院
机翼边条（边条翼）
• 什么是边条翼？
在中等后掠翼（后掠角3040 左右）根部前缘，加上一后掠 角很大（ 7080）的细长前缘 所形成的复合机翼。原后掠翼 称为基本翼，附加的细长前缘 称为边条。
• 展弦比 1）对气动阻力的影响
对低速飞机， 增大，诱导阻力减小； 对高速飞机， 增大，波阻增大；
2）对升力线斜率的影响
增大，升力线斜率增大。
不同展弦比机翼的 Cx ~ M
不同展弦比机翼的 Cy ~
3）对失速攻角和失速速度的影响：
航空宇航学院
▲ 增大，失速攻角减小。
▲ 减小 ，可防止大攻角时翼尖失速。
77.3
23.3
68.7
26.0
72.8
26.6
75.0
28.7
93.5
展弦比
8.95 7.90 9.29 9.43 8.69
航空宇航学院
• 根梢比 1）对气动诱导阻力的影响
▲ 根据Prandtl机翼理论，当升力分布为椭圆形时，诱导阻力最小； ▲ 若机翼没有扭转和后掠，则机翼平面形状为椭圆形时，升力分布为 椭圆形，诱导阻力最小； ▲ 当=2.2时，升力分布接近椭圆形，故许多低速飞机为2.2左右。
2）对结构重量的影响
▲ 增加，可减轻机翼结构重量
3）对内部容积的影响
▲ 增加，有利于布置起落架
4）对于高速飞机
▲ =35，主要是从结构重量考虑
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• 后掠角
1）对气动特性的影响
▲ 增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生；
▲ 增大，波阻降低；
▲ 增大，升力线斜率降低；
C
L
(C
L
)
0
cos
航空宇航学院
• 为什么需要边条翼？
1）边条前缘产生强的脱体涡，可以直接产生涡升力 ； 2）边条脱体涡对机翼流场的有利干扰会推迟机翼表面的气流分离。 3）边条机翼的布局特别适于改进飞机大迎角气动性能，与近距鸭翼 有相似的对机翼有利干扰作用。
• 边条翼的应用
F-16
航空宇航学院
F-18
航空宇航学院
航空宇航学院
▲ 对于超声速飞机： A.采用亚声速前缘 当M=1.21.8时；相应的=40 60
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B. 采用超声速前缘（当 M2 时）
F-15：
前缘=45
米格-25：前缘=40
原因在于： 过大，机翼结构重量太大。
的统计值
• 为何要变后掠飞机
1）大后掠角飞机低速飞行时：
▲ 升力线斜率小； ▲ 最大升力系数小； ▲ 翼尖气流易分离。
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描述机翼平面形状的几何参数
• 机翼面积: S
• 展弦比 : l 2 / S
• 后掠角: 1/ 4 前缘
• 根梢比: c根
L/2
c尖
• 平均气动弦长
平均气动弦长是把给定机翼展向各面的气动力矩特性加以平均而计算出来 的等面积矩形相当机翼的弦长，该矩形翼的力矩特性各不变，该矩形翼的 力矩特性与给定的力矩特性相同。
• 统计值
喷气客机： 1º~5.3º 战斗机： -1º~3.6º
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机翼扭转角的确定
• 定义 - 几何扭转：1）负扭转—从翼根至翼尖， iw逐渐减小。 2）正扭转—从翼根至翼尖， iw逐渐增大。
- 气动扭转：翼根与翼尖的翼型不同。
• 对气动特性的影响
- 负扭转或气动扭转可延缓翼梢气流失速； - 可改变升力分布。
- 根据目标升力分布； - 负扭转角的范围：0º~5º
ycdz
0
• 对于梯形机翼:
cA
2 3
c0
1 2 (1 )
xA
1 3
x尖
2 1
• 求平均气动力弦长的几何作图法
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yA
1 3
y尖
2 1
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机翼平面形状设计时所考虑的因素
• 气动特性 • 结构重量 • 内部容积
–燃油箱布置 –起落架布置
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几何参数对气动特性和结构重量影响
▲ 增大，最大升力系数降低； ▲ 增大，机翼升阻比K降低；
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2）对结wenku.baidu.com重量的影响
▲ 增大，机翼结构重量增加。
对于战斗机：
W机翼
1 cos
3）对内部容积的影响
▲ 过大，不有利于布置起落架。
4）如何选定后掠角
▲ 对于亚声速飞机： =0 或 <15o (用于调整重心）
▲ 对于高亚声速飞机： =2540；可以提高临M界数，延缓激波的产生
米格-29
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苏-27
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机翼安装角的确定
• 机翼安装角的定义：
机翼根弦与机身轴线之间的夹角
• 安装角对飞机气动特性和性能的影响：
- 对巡航时阻力有影响； - 对起飞滑跑距离有影响；
• 如何确定安装角（iw)
CL,Des
C
L
iw
（CL，Des：巡航时所需的升力系数）
4）对稳定性和操纵性影响：
▲ 减小，减小从亚音速到超音速过程中气动焦点的移动量；
▲ 减小，降低了飞机横滚阻尼特性
5）对结构重量的影响：
▲ 增大，机翼根部弯矩增大，导致结构重量增加；
▲ 减小，机翼根部弦长增大，结构高度增加，有利于承力构件布置；
6）对内部容积的影响：
▲ 减小，有利于起落架布置；
▲ 减小，可增加燃油容积。
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6）展弦比统计值 亚声速飞机：69，最大可达10 超声速飞机：35，最小可至2
飞机名称
阿夫罗RJ70（英） CRJ700ER（加） ERJ170LR（巴）
728JET（美） 福克70（荷）
乘客 （人） 70~85 66 ~78
70
70~85 70~79
机翼展长 （米）
26.3
机翼面积 （米2）
航空宇航学院
机翼的设计
• 翼型的选择与设计 • 机翼平面形状设计 • 机翼安装角和上反角的确定 • 关于边条翼、翼梢形状和Yehudi Flap • 增升装置的设计 • 副翼的设计 • 设计举例
航空宇航学院
机翼平面形状设计
• 描述机翼平面形状的几何参数 • 机翼平面形状设计时所考虑的因素 • 几何参数对气动特性和结构重量的影响 • 机翼平面形状的几何参数的确定
• 几何参数之间的关系
如果给定： S, , , 1/ 4 则：
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l S
c根
2S
/[l (1
1
)]
c尖
1
c
根
cA
2 3
c根
1 2 (1)
tg 前缘
tg1/ 4
(1
1
)
/[
(1
1
)]
•平均气动力弦长 cA
cA
2 S
l / 2 c2dz
0
xA
2 S
l/2
xcdz
0
yA
2 S
l/2
2）小后掠角飞机高速时
▲ 零升阻力太大
3）解决方案：变后掠！
F-111第一架变后掠飞机
起飞时：
前缘=16º
亚音速巡航飞行时 ：前缘=26º
超音速飞行时：
前缘=72.5º
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机翼边条（边条翼）
• 什么是边条翼？
在中等后掠翼（后掠角3040 左右）根部前缘，加上一后掠 角很大（ 7080）的细长前缘 所形成的复合机翼。原后掠翼 称为基本翼，附加的细长前缘 称为边条。
• 展弦比 1）对气动阻力的影响
对低速飞机， 增大，诱导阻力减小； 对高速飞机， 增大，波阻增大；
2）对升力线斜率的影响
增大，升力线斜率增大。
不同展弦比机翼的 Cx ~ M
不同展弦比机翼的 Cy ~
3）对失速攻角和失速速度的影响：
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▲ 增大，失速攻角减小。
▲ 减小 ，可防止大攻角时翼尖失速。
77.3
23.3
68.7
26.0
72.8
26.6
75.0
28.7
93.5
展弦比
8.95 7.90 9.29 9.43 8.69
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• 根梢比 1）对气动诱导阻力的影响
▲ 根据Prandtl机翼理论，当升力分布为椭圆形时，诱导阻力最小； ▲ 若机翼没有扭转和后掠，则机翼平面形状为椭圆形时，升力分布为 椭圆形，诱导阻力最小； ▲ 当=2.2时，升力分布接近椭圆形，故许多低速飞机为2.2左右。
2）对结构重量的影响
▲ 增加，可减轻机翼结构重量
3）对内部容积的影响
▲ 增加，有利于布置起落架
4）对于高速飞机
▲ =35，主要是从结构重量考虑
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• 后掠角
1）对气动特性的影响
▲ 增大，可以提高临M界数，延缓激波的产生；
▲ 增大，波阻降低；
▲ 增大，升力线斜率降低；
C
L
(C
L
)
0
cos
航空宇航学院
• 为什么需要边条翼？
1）边条前缘产生强的脱体涡，可以直接产生涡升力 ； 2）边条脱体涡对机翼流场的有利干扰会推迟机翼表面的气流分离。 3）边条机翼的布局特别适于改进飞机大迎角气动性能，与近距鸭翼 有相似的对机翼有利干扰作用。
• 边条翼的应用
F-16
航空宇航学院
F-18
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航空宇航学院
▲ 对于超声速飞机： A.采用亚声速前缘 当M=1.21.8时；相应的=40 60
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B. 采用超声速前缘（当 M2 时）
F-15：
前缘=45
米格-25：前缘=40
原因在于： 过大，机翼结构重量太大。
的统计值
• 为何要变后掠飞机
1）大后掠角飞机低速飞行时：
▲ 升力线斜率小； ▲ 最大升力系数小； ▲ 翼尖气流易分离。
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描述机翼平面形状的几何参数
• 机翼面积: S
• 展弦比 : l 2 / S
• 后掠角: 1/ 4 前缘
• 根梢比: c根
L/2
c尖
• 平均气动弦长
平均气动弦长是把给定机翼展向各面的气动力矩特性加以平均而计算出来 的等面积矩形相当机翼的弦长，该矩形翼的力矩特性各不变，该矩形翼的 力矩特性与给定的力矩特性相同。
• 统计值
喷气客机： 1º~5.3º 战斗机： -1º~3.6º
航空宇航学院
机翼扭转角的确定
• 定义 - 几何扭转：1）负扭转—从翼根至翼尖， iw逐渐减小。 2）正扭转—从翼根至翼尖， iw逐渐增大。
- 气动扭转：翼根与翼尖的翼型不同。
• 对气动特性的影响
- 负扭转或气动扭转可延缓翼梢气流失速； - 可改变升力分布。