第二章模型飞行原理与计算

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﹞、主翼及尾翼与机身接合处、机身开孔处、机轮及轮架、拉杆等除 本身的原有的阻力以外,另外衍生出来的阻力。
4、诱导阻力:机翼的翼端部因上下压力差,空气会从压
力大往压力小的方向移动,部份空气不会规规矩矩往后移动,而从旁 边往上翻,因而在两端产生涡流﹝如图3-4﹞,因而产生阻力。
▪备注:诱导阻力不只出现在翼端,其它舵面都会产生,只是翼端比较严重。
• 13、削尖比——指梯形机翼翼尖翼弦长与翼根
弦长的比值。
14、压力中心——迎力和机翼翼弦的交点即作为
迎力的作用点 “压力中心”。
迎力分为两个分力:和气流方向垂直的分力,叫“升力”;和气流 方向相同的分力,叫“阻力”。升力和阻力的作用点在“压力中心” 上。
(15)、展弦比 ——展弦比A就是翼展L与平
不产生力矩,总的力矩为零,达到力矩平衡。尾翼为配平焦点力矩, 力向下 。
这种平衡方式,重心在30%~35%翼弦长之间,这种方式的尾翼阻力最小
• (2)、机翼压力中心在重心之后,机翼升力产生低头力矩,
水平尾翼产生负升力形成抬头力矩,两个力矩达到平衡 。
第二种平衡方式重心在15%—25%,这种方式安定性较好,但尾翼产 生负升力,空气动力有所损失
• 4、像真机的场合,因雷诺数较实机小,而且机身都比较 粗的关系,尾翼面积必须放大。
• 二、翼平面的选择——即是主翼平面投影的
形状

考虑的因素有:

1、失速的特性

2、应力分布

3、制作难易度

4、美观
• 1矩形翼:从左至右翼弦都一样宽,练习机常用的
形状,因为制作简单,失速的特性是从中间开始失速,失 速后容易补救。
• 2和缓的锥形翼:从翼根往翼端渐缩,制作难易
度中等,合理的翼面应力分布,缓和的翼端失速,特技机 最常见的意形式。
均翼弦长b之比
A= L/b
L与b单位都是厘米,如果不是矩形翼的话
A = L平方 / S
S是主翼面积,单位是平方厘米
备注:一般适合的展弦比在5~7左右,超过8以上要特别注意机翼的结 构,滑翔机实机的展弦比有些高达30以上。
• 展弦比对飞机的影响——大展弦比
U2为高空侦察机,为长时间翱翔展弦比为10.5
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(8)、翼弦——前后缘之间连线的距离。 (9)、安装角——翼弦与机身基准线的夹角。 (10)、迎角——翼弦与相对气流的夹角。 (11)、上反角——机翼与模型横轴的夹角。
• 12、总升力面积——是模型飞机处于水平飞行
状态时,机翼在水平面上的正投影面积之和。 (备注:如果采用的是鸭式布局则要加上鸭翼的面积)
374、 Selig 3021
第二节 模型机翼升力计算
• 决定空气动力大小的因素及升力计算公式见下式:
Y
=
1 2
Crr
u2 S
• Y是机翼的升力,Cr是升力系数;ρ为空气密度,υ是机翼 同气流的相对速度,S是机翼面积。
• 升力系数Cr由实验测定。综合反映ρ、υ、S以外的、决定升力大小
的多种因素,主要有翼型形状、机翼平面形状、表面状态、雷诺数和
• 空气动力中心——焦点
• 对于常规模型飞机,为了确定重心的位置必须计算出整机 焦点的位置。焦点可以近似用下面的公式
• X焦点=0.25+0.7(S平尾*L平尾/S机翼*b)
• X焦点——焦点离机翼前缘的距离(用翼弦长度的百分数 表示)
• L平尾——平尾尾力臂(从重心到平尾焦点的距离) • b ——机翼的平均气动弦长
• 展弦比对飞机的影响——小展弦比
•F104高速拦截机 ,为求高速、灵活,所以展弦比低。
(16)、平均力矩弦
• 用几何作图法求梯形机翼平均力矩弦的方法如下:如图所
示,AB和CD是翼根弦和翼尖弦,在AB延长线上截取BE=CD, 在CD延长线上截取DF=AB。G、H分别是AB和CD的中点,连 接EF和GH交于P,过P作A’B’平行于AB,则A’B’就是平
• 3尖锐的锥形翼:同样从翼往翼端渐缩,但翼端
极窄,恶劣的的翼端失速。
• 4椭圆翼:制作难度高,最有效率的翼面应力分布,
翼端至翼根同时失速,这也是天上最优美的翼面形式。
第六节模型飞机的平衡
• 模型在正常飞行时应保证三轴的力矩平衡
• 升力的平衡
• (1)机翼升力通过重心,水平尾翼不产生升力,它们对重心都
这种气动布局气动效率高,稳定性好。但是存在前鸭翼对主 翼的干扰导致俯仰控制发散。另外鸭式布局对整机的重心比 较敏感。
进行环球飞行的“旅行者”就采用了鸭式布局
• 俯仰安定系数 ——俯仰安定度的标准
• 现在通用的用来表示俯仰安定性的参数,叫俯仰 安定系数,习惯上记作:
• L 是平尾的尾力臂。
• l 是重心到机翼焦点的距离
• 尾翼的外形设计影响因素
• 如何决定一架飞机的垂直尾翼与水平尾翼面积以便提供 合理的稳定性及操纵性有几个因素必须考虑:
• 1、机身越长,尾翼与重心距离远,因杠杆原理,所需面 积就较小。
• 2、垂直尾翼与水平尾翼的断面如有做翼型,因较单片式 断面效率好,面积也可减少,全动式尾翼情形也一样。
• 3、机翼展弦比高,对攻角比较敏感,水平尾翼可小一点。
• S仍然指面积。要注意,通常计算机翼、尾翼的阻
力时用平面面积;计算其他部件的阻力时用最大 迎风面积。
• 备注:一架飞机的型阻值应该是各个部件型阻值的累加。
• Profili软件进行翼型阻力系数计算
• 机翼阻力和迎角的关系最为密切,它清楚地反映在阻力系数曲线上
不同 部件 的废 阻系 数
• 第四节飞行速度与功率的计算
• 一般的常规模型飞机认为焦点在距机翼前缘25%处
• 第五节 确定机翼外形
当根据飞行重量飞行动力以及性能的要求设计计 算出了机翼的面积、展弦比、翼型、焦点等参数后。 接着就是确定机翼的外形:包括翼面形状,翼尖的处 理以及副翼、襟翼的安装等。
• 一、根据坐标参数画翼型——确定翼切面形状与
结构
• 使用Profili软件进行分析绘制法
• 模型飞机常用翼型
• 翼型的选择与性能判断
• 观察一个翼型,最重要的是找出它的中弧线, 然后再看它中弧线两旁厚度分布的情形,中弧线 弯曲的方式、程度大至决定了翼型的特性。弧线 越弯升力系数就越大。
备注: 一般来说光用眼睛看非常不可靠,克拉克Y翼的中弧线就比很
多内凹翼还弯。使用上还是要根据部分经验数据。
(18)、边界层与雷诺数:
Re=ρ ‧ V‧ b / μ
ρ是空气密度、V是气流速度、b是翼弦长、μ黏性系数。
对模型飞机而言----------空气密度与黏性系数可以认为是定值
Re=68500‧V‧b
V单位是米/秒 , b是公分。
一架练习机譬如说时速90公里﹝每秒25米﹞,翼弦24公分, 雷诺数=68500‧25‧0.24 = 411000
• 诱导阻力又称为涡流阻力(前视)
总阻力就是以上四种阻力的总和:
摩擦阻力、形状 阻力、寄生阻力 与速度的平方成 正比,速度 越快 阻力越大,诱导 阻力则与速度的 平方成反比。
• 结论:
低速飞机重点在减少诱导阻力。 高速飞机重点在减少形状阻力与干扰阻力。
模型飞机阻力的计算
(1)、型阻的计算公式为:
• 翼型的选择与性能判断
方法二、软件数据分析
• 美国国家航空航天局——NASA 有一套翼型仿真器,有兴趣的可自行下载, • 网址:http://www.lerc.nasa.gov
常用翼族
• 1特技机:NACA 0018、0015 • 2练习机:NACA 2415、2412、CLARK Y12% • 3斜坡滑翔机:RG14、 RG 15 、Eppler 385F • 4小滑翔机及牵引滑翔机:Eppler 385、Eppler
迎角等。
• Profili软件进行升力系数计算
• 升力系数曲线(在一定雷诺数下)
第三节 飞行中的阻力
一架飞行中飞机阻力可分成四大类 。
1、摩擦阻力:空气分子与飞机摩擦产生的
阻力,这是最容易理解的阻力但,只占总阻力的 一小部分,为减少摩擦阻力还是尽量把飞机磨光 滑。
2、形状阻力(压差阻力):物体前后压力差
飞需用速度越小。
• (2)小迎角时升力系数较小,为保持平飞,模型需要有

较大的速度,大迎角时升力系数较大,不需要大的

速度就可以维持平飞。
• 飞机着陆时为了尽量减小飞行速度而又维持足够的升力,就采用拉到大迎角, 甚至接近临界迎角的方法。为了增大升力系数从而可以降低飞行速度,飞机 上还普遍采用襟翼和开缝翼等措施 。
软件中确定了前、后缘厚度,蒙板厚度,主梁位 置,副翼安装等
最后加工出来的翼肋
• 翼型选择经验
• 1、薄的翼型阻力小,但不适合高攻角飞行,适 合高速机。
• 2、厚的翼型阻力大,但不易失速。 • 3、练习机用克拉克Y翼或半对称翼,因浮力大。 • 4、特技机用全对称翼,因正飞或倒飞差异不大。 • 5、斜坡滑翔机用薄一点翼型以增大滑空比。 • 6、3D特技机用前缘特别大的翼型以便高攻角飞行。
• 一般竞时模型的俯仰安定度在-0.40临界值在-0.15 左右。
• 侧面安定系数 ——偏航安定性的标准
• 方向安定性主要靠垂直尾翼来保证。当机头偏转之后,垂 直尾翼和气流形成夹角而产生侧压力。
• 它和俯仰安定系数十分相似。只是分子用的是垂直尾翼的
面积(S垂尾)和垂直尾力臂(L)。
• 一般模型飞机的方向安定系数在0.01~0.03之间。
• 第二节伯努利定律与升力
伯努利定律是空气动力最重要的公式
• 简述:流体的速度越大,静压力越小;速度越
静压力越大。
小,
动压 + 静压 = 恒定值
• 备注:这里说的流体一般是指空气或水,在这里是指空气
• 翼型上升力的产生
• 错误的升力理论1——吸引概念
• 错误的升力理论2——压力容器概念
• 认识翼型
(2)、机身全长——模型飞机最前端到最末端
的直线距离。
(3)、重心——模型飞机各部分重力的合力作
用点称为重心。
(4)、尾力臂——由重心到水平尾翼前缘四分
之一弦长处的距离(如果水平尾翼是平板翼型到 平尾的前缘)。
(5)、翼型——机翼或尾翼的横剖面形状。
(6)、前缘——翼型的最前端。
(7)、后缘——翼型的最后端。
引起的阻力,平常汽车广告所说的风阻系数就是指形状阻力系数 ﹝如图3-3﹞,飞机做得越流线形,形状阻力就越小。
什么形状型阻最小?
• 尖锥状的物体形状阻力不见得最小,反而是有一点钝头的 物体阻力小,高级滑翔机大部分也有一个大头,除了提供 载人的空间外也是为了减少形状阻力。
3、干扰阻力:所有控制面的缝隙﹝如主翼后缘与副翼间
• 失速速度——平飞速度/1.3
• 机翼的升力随攻角的增大而增加,攻角增加有一个上限,超过这上限 就要失速 。
• 飞机失速时的气流:上翼面产生强烈乱流,直接的结果是阻力大
增,而且气流冲击上翼面,升力大减。
雷诺系数与失速:雷诺数越大流经翼表面的边界层越早从层流边层过渡为紊 流边界层,而紊流边界层不容易从翼表面分离,所以比较不容易失速,雷诺 数小的机翼边界层尚未从层流边层过渡为紊流边界层时就先分离了。
• (3)、机翼压力中心在重心之前,机翼升力产生抬头力矩,
。 水平尾翼产生正的升力形成低头力矩,两个力矩达到平衡
这种方式安定性较差,但能利用水平尾翼产生升力,可以提高空气 动力性能,一般竞时项目都采取这种平衡方式。
•前翼机(鸭式布局):重心在压力中心之前,主 翼升力对重心产生的弯矩及焦点弯矩需由前翼来 配平。
第二章模型飞行原理与计算
第一节基础知识
1、预备知识:
(1)速度、加速度
速度:即物体移动的快慢及方向 加速度:即速度的改变率
(2)牛顿三大运动定律
• 2、认识飞机:普通的上单翼入门机各部分名称
• 2、认识飞机:高级竞技飞机各部分名称
3、常用术语:
(1)、翼展——机翼(尾翼)左右翼尖间的直
线 距离,(穿过机身部分也计算在内)。
• 平飞速度的计算
• 利用平飞是的条件等式Y = G得到:
• 整理得到
• 它是平飞需用速度公式。这个公式说明,为了保证平飞,必须在飞行
速度、飞行迎角、空气密度、翼载荷之间保持一定的关系。
• 结论:
• (1)平飞速度和翼载荷(G / S)的平方根成正比,翼

载荷越大,平飞需用速度越大;翼载荷越小, 平
均力矩弦。
(17)、翼面载荷:
• 就是主翼每单位面积所分担的重量。翼面负载越大 意思就是相同翼面积要负担更大的重量 。
翼载荷 = 飞机重量 / 升力面积
• 模型翼载荷的范围:练习机一般在50~70左右,特技机约在60~90,
热气流滑翔机30~50,像真机110以内还可忍受,牵引滑详机约12~15左 右
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