空气动力学之机翼的低速气动特性

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均匀自由来流+附着涡线+平面自由尾涡系。
通常,升力线取为机翼的1/4弦点连线。
* 升力线模型中附着涡线与尾涡面的强度关系
7.3.2 升力线理论
1. 剖面假设
机翼的每个“小微段翼”的绕流都是平面二维的——忽 略展向流;但不同展向位置的“小微段翼”的绕流是不 同的——这又顾及了机翼流动的三维特点。
该假设的理由: (1)对大展弦比平直机翼而言,展向 流只在翼梢区域十分强烈,其余区域一般很弱;(2)对 大展弦比平直机翼的升力,翼梢区域上下翼面压差贡献 很小;(3) ,就是严格的二维流动 。

这里 i (z) 为下洗角, 如下计算:
i (z) arctan vyi (z) /V
vyi (z) /V
Ve V
• 气动力——升力和诱导阻力:
依剖面假设,展宽dz 的微段机翼气动力为:
dR(z) V(z)dz
依升力、阻力的定义,展宽dz 的微段机翼升力、阻力:
dY dR cosi V(z)dz dX dRsin i dY i (z)
第七章 机翼的低速气动特性
• 机翼的几何描述 • 机翼的低速绕流特征 • 机翼低速位流理论
(升力线理论、升力面理论及吸力比拟) • 机翼的一般低速气动特性
机翼---升力的最主要的提供者
• 机翼是飞机的最重要的升力部件,其气动特性 关乎飞行性能与飞行品质。气动特性与机翼的 几何形状和尺寸密切相关。
• 机翼形尺的选取和设计,还与飞机布局、结构、 工艺、材料、重量、重心及隐身等等因素密切 关联。
• 翼型理论中的气动模型是:直匀流+面涡。 • 机翼理论中的气动模型是:直匀流+???。
7.3.1 气动模型及有关假设
假设无卷无耗 ,机翼弯板可用附着涡面和自由尾涡面替 代。
理由: (1)涡线是 2 = 0 的基本解;(2)符合旋涡定
理;(3)附着涡系反映了升力展向的变化;(4)顺流 方向的自由涡系反映了尾涡的存在;(5)附着涡系与自 由尾涡系涡强一致。
几何扭转示意图
7.2 机翼低速绕流
亚声速飞机一般采用长直 的机翼;跨声速飞机的机 翼采用后掠构型;超声速 的,采用三角翼面构型; 高超声速飞行器,用乘波 体构型。
无论何种构型的飞行器, 总有起飞和着落环节。机 翼的低速气动特性必须关 注,其低速绕流十分重要。 与翼型对照,机翼绕流是 三维的。基本平面形状机 翼的三维绕流,各有特点。
• Examples for the configurations
• Examples for the configurations
• Examples for the configurations
• Examples for the configurations
(2) 几何参数
(2-1)面积、展长及弦 长:
l/2
S 2 b(z)dz, 0
b0 b(z 0), b1 b(z l / 2), bm S / l,
2
bA S
l/2
b2 (z)dz.
0
(2-2)展弦比、根梢比及后掠角:
l2 l ;
S bm
b0 ;
b1
: 0 z, LE .
7.1.2---7.1.3 扭转角,反角
(1)翼剖面不变,但弦线不在同一平面内,几何扭; (2)在不同展向位置,用了不同的翼剖面,气动扭。
为简化,假设附着涡面和自由尾涡面均在机翼的基本平面内。 基本平面就是风轴系的XOZ平面。此为涡面顺流假设 。此 时,气动模型为:
均匀自由来流+平面附着涡系+平面自由尾涡系
对大展弦比直机翼还可进一步为简化,假设平面附着涡系合 并成一条涡强展向变化的涡线,各剖面(微段机翼)的升力 作用在此线上。此为升力线假设 。于是,气动模型简化为 升力线模型:
界条件:
2 / x2 2 / y 2 2 / z 2 0,
B.C : n • () W 0, (K J condition).
(
0)
.
x, y,z
其实,所介绍的位流理论就是薄机翼的线性化近似理论。 与薄翼型理论一样,机翼的升力看成仅由弯板机翼贡献,厚 度忽略。具体的理由第八章将予以说明。不过要注意,薄翼 型理论中弯板翼型用面涡来模拟;薄机翼中,弯板机翼该用 是么替代???
• 大展弦比、平直机翼低速绕
有升力时,上翼面低压、下一面高压。有翼梢绕流;上翼 面流线偏向翼根,下翼面流线偏向翼梢,即出现“展向流”; 机翼后缘处向下游拖出“自由尾涡”,这些尾涡相互诱导、形 成看似由翼梢拖出的“翼梢涡”。它将改变翼面压强分布,使 机翼受到一个压差阻力— 此阻力与粘性无关,称为诱导阻力。
• 后掠翼低速绕流特点
有升力时,后掠翼中段的上翼面出现“S形流线”。
• 三角翼低速绕流特点
有升力时,锐前缘三角翼的上翼面(上方)出现“前 缘脱体涡”。它可延伸到机翼下游。
7.3 升力线理论 —— 用于大展弦比直机翼气动特性分析
从本节§7.3到下一节§7.4,介绍机翼的低速位流理论 。其
本质与第六章翼型的位流理论没有不同,满足相同的方程和边
vM
4h
(c
os
1
cos 2 )
( p60, 2.108)
• 下洗角:
如不计自由尾涡的存在,来流到达机翼基本平面区域时, 像翼型绕流一样。但计及自由尾涡的作用——下洗,同时 依剖面假设,可设想一种“有效来流” (见下图):
e (z) i (z) Ve (z) V / cos[i (z)]
7.1 机翼的几何参数
7.1.1 平面形状及其几何参数
(1)机翼的体轴系oxyz与平面形状:
体轴系:oxy是中央翼剖面的体轴系;右手法则定z轴。 机翼在xoz面的投影---平面形状。其基本构型有三种:
• Examples for the configurations
• Examples for the configurations
该假设的一个涵义:对任意“小微段翼”,有
Cy
(z)
C
y
(z)
Hale Waihona Puke Baidu
a
(z)
2. 下洗 • 诱导阻力 • 升力
• 自由尾涡诱导的下洗速度:
结合 Fig7.7(p170),由公式(2.108)可得位于 的尾涡线在升力
线 z 点处的诱导速度(7.7a), 由此积分得下洗速度(7.7b):
注:直涡线的诱导速度公式(P59, Fig 2.23):
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