(完整版)第四章飞行器的阻力和减阻技术

降低摩擦阻力的方法
▪ 为了减小摩擦阻力，如今比较普遍的做法 是尽可能地提高飞机表面的光滑程度。这 就催生了埋头铆钉等新型零件。此外，摩 擦阻力也与飞机和机翼的尺寸有关。
提高飞机表面光滑度
（3）诱导阻力
▪ 机翼产生升力的同时，由于 机翼下表面压力大，上表面 压力小，下翼面的高压气流 会绕过两端翼尖,力图向翼上 翻，形成翼尖涡。翼尖涡流 使流过机翼的空气产生下洗 速度，此速度有一个向后的 分量，从而产生诱导阻力。
诱导阻力是升力的产物。
（3）诱导阻力
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
（3）诱导阻力
1、翼尖涡流
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
迎角越大，机翼上、下表面的压力差越大，翼尖涡流越强。
2、下洗
（3）诱导阻力
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降低激波阻力的方法
▪ 早在喷气式飞机投入实战之初，德国人就 发现，向后倾斜的机翼（后掠翼）可以延 缓音障“抖动”的发生。大量研究表明， 前掠机翼也能有效减小激波阻力。
超声速飞机外形
▪ 要实现超声速飞行的首要问题是需要减小激 波阻力。减小激波阻力的方法有：
▪ （1）采用尖头尖尾薄翼型 ▪ （2）采用后掠机翼 ▪ （3）采用三角形机翼 ▪ （4）采用变后掠机翼 ▪ （5）采用边条翼 ▪ （6）采用鸭式布局或者无尾布局
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的米格21战斗机
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的飞机
（5）激波阻力
▪ 激波阻力是飞机在空气飞 行过程中产生的一种较强的波 ，由空气遭到强烈的压缩而形 成。当飞行器超声速飞行时， 由于飞行器的能量以强压力波 的形式向周围的空气传递而产 生的一种独特的阻力。激波阻 力对超声速飞行器翼身组合体 的体积和横截面积分布十分敏 感。
（1）压差阻力
▪ 在翼型前后由于压强 差所产生的阻力叫压 差阻力。减小压差阻 力的办法是应尽量减 小飞机的最大迎风面 积，并对飞机各部件 进行整流，做成流线 型。
（1）压差阻力
压差阻力是由于流动空气中的物体 的前后的压力差，导致气流附面层分离 ，从而产生的阻力。
（2）摩擦阻力
▪ 飞机与空气因粘性摩 擦而产生的阻力叫摩 擦阻力。减小摩擦阻 力的办法是应尽量减 少飞机与空气的接触 面积，提高飞机表面 的光滑度。
超疏水表面减阻
▪ 实验表明：流体的压降与气液接触面上的滑移速度有着 直接的联系，并且气液接触面的存在减小了液体和固体 的有效接触面积，也就是在流固界面上存在滑移边界条 件，这种滑移边界条件在层流条件下能够造成明显的减 阻效果。
微气泡减阻
等离子体减阻
沟槽减阻
目前的各种湍流减阻方法中，沟
槽表面减阻技术以其减阻效果显著 和易于推广使用的特点，被公认最 具使用潜力。该项技术在国外已投 入了实际应用，如空中客车将A320 试验机表面积的约70%贴上沟槽薄膜 ，达到节油1%～2%的效果。NASA兰 利中心在Learjet型飞机上开展的类似 飞行试验显示，沟槽表面的减阻量 约为6%左右；另一个典型的例子就 是Speedo公司（美国）生产的具有 表面的游泳衣。
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下洗气流速度——下洗气 流垂直向下的分速度。 下洗角——下洗气流与来 流之间的角度。
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
2、增大展弦比
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
地面效应：它是一种使 飞行器诱导阻力减小， 同时能获得比空中飞行 更高升阻比的流体力学 效应：当运动的飞行器 掉到距地面（或水面） 很近时，整个飞行器升 力会陡然增加，诱导阻 力降低的现象。
仿生柔壁法减阻
▪ 一般认为, 柔顺壁的作用 使得粘性底层变厚, 边界 层上流速梯度减小, 从而 减小了边界面上的剪力, 也减小了由于剪力做功 而发散的能量, 实现了减 阻。
壁面震动减阻
▪ 该方法是最近才出现的一 种减阻方法。这种方法的 基本思想是壁面的振动可 以减小湍流和表面摩擦力 。实验结果表明, 靠近振 动壁面处湍流边界层的平 均速度梯度减小, 湍流强 度减弱, 从而验证了壁面 振动可以减小湍流边界层 的表面摩擦阻力。
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
（4）干扰阻力
▪ 机翼、机身、尾翼、发动 机吊舱等，单独放在气流 中所产生的阻力的总和并 不等于整体所产生的阻力 、而是往往小于把它们组 成一个整体时所产生的阻 力。所谓“干扰阻力”就 是飞机各部分之间由于气 流相互干扰而产生的一种 额外阻力。
降低激波阻力的方法
后掠翼 三角翼
前掠翼 变后掠翼
等离子体减阻
等离子体减阻
▪ 基本原理：利用等离子体与飞行器绕流的 相互作用，使飞行器周围的流场结构（波 系结构和边界层结构状态）发生变化，致 使飞行器的气动特性和物理特性发生改变 ，从而提高飞行器的气动性能。在超声速 情况下利用人工生成等离子体与激波相互 干扰的流体动力效应，减弱飞行器激波系 ，从而减少激波阻力。
沟槽减阻
该技术起源于仿生学对鲨鱼 等鱼类表皮的研究，通过在 航行体外表面加工具有一定 形状尺寸的沟槽结构（沟槽 方向与流向一致，有V形、U 形等多种形状），就能达到 很好的减阻效果。
▪ 机理：减少湍流能量损耗， 从而达到减阻的目的。
仿生柔壁法减阻
▪ 20 世纪 60 年代, 人们发现 “人造海豚皮”的减阻效果 后, 柔壁减阻越来越受到人 们的重视。通常的做法是在 固体壁面上加泡沫塑料, 往 中间充满水或油等液体后, 在上面蒙一层不渗透或半渗 透性的薄膜, 这样就能产生 一定的弹性。
现代飞机设计技术
航 空 工 程 学 院孟
令 兵
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
▪ 空气阻力，对于依靠空气升力支撑的飞机 而言百度文库阻力不可避免的负面代价。纵观飞 机的发展史，减阻是永恒的话题。
什么是阻力？
阻力：阻碍运动的力
空气阻力的分类
▪ 空气阻力主要分为： ▪ 压差阻力 ▪ 摩擦阻力 ▪ 诱导阻力 ▪ 干扰阻力 ▪ 激波阻力