飞机升力和阻力(业界特制)

和平等于飞行速度方向的两个分力。垂直于飞行速度方向的分力，仍起着升 力的作用,这就是我们经常使用的升力。平行于飞行速度方向的分力，则起着 阻碍飞机前进的作用,成为一部份附加阻力，这一部分附加阻力称为诱导阻力。
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（二）影响诱导阻力的因素
诱导阻力的大小与机翼的升力和展弦比有很大关系。升力越大， 诱导阻力越大。展弦比越大，诱导阻力越小。
– 使用推力矢量技术的飞机，发动机推力直接用于飞 行控制，飞机的尾翼可以减小或者去除，这样就可 以大大地减小摩擦阻力。
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二、压差阻力
物体在空气中运动时，在物体前后产生的压强差引起的阻力。
（一）压差阻力产生的原因
空气流过机翼时，在机翼前缘部分，受机翼阻挡，流速减慢，压力 增大；在机翼后缘，由于气流分离形成涡流区，压力减小。这样，机翼 前后便产生压力差，形成阻力。机身、尾翼等飞机的其它部件都会产生 压差阻力。
飞机的升力和阻力
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作用在飞机上的空气动力
• 总空气动力
– 作用在飞机上的空气动力总和
• 压力中心
– 总空气动力作用线与飞机纵轴的交点
• 升力
– 在飞机对称面内，总空气动力在垂直来流方向上的分量
• 阻力
– 在飞机对称面内，总空气动力在平行来流方向上的分量
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机翼的升力
• 库塔 - 茹科夫斯基升力定理
紊流附面层的摩擦阻力要比层流附面层的摩擦阻力大得多。因此 ，尽可能在机翼上保持层流附面层，对于减小阻力是有利的。层流翼 型，就是这样设计的。
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影响摩擦阻力的因素
– 摩擦阻力的大小取决于飞机浸润面积、飞机表面的 粗糙度及附面层的流动状态。
– 紊流附面层的摩擦阻力较大，在飞行速度较高的飞 机上多采用层流翼型。
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1、为什么机翼后缘会出现气流分离
在最低压力点之前，附面层内的气流虽受粘性摩擦的阻滞作用，使之沿途不 断减速，但在顺气压的推动下，其结果气流仍能加速向后流去。
在最低压力点之后情况就不一样了。附面层内的气流除了要克服粘性摩擦的 阴滞作用外，还要克服反压的作用，因此气流速度迅速减小，到达某一位置，附 面层底层空气就会完全停止下来，速度降低为零，空气再不能向后流动。
压力高于大气压的
情况下，由上表面
吸力所形成的升
力,一般占总升力
的60%到80%左
右。
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二、阻力
1、摩擦阻力 2、压差阻力 3、诱导阻力 4、形状阻力 5、波阻（高速飞机）
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一、摩擦阻力
（一）摩擦阻力形成
1、附面层 附面层，就是指，空气流过飞机时，贴近飞机表面、气流速度由层 外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。
附面层内，气流速度之所以越贴近飞机表面越慢，是由于这些流动 空气受到了飞机表面给它的向前的作用，这些被减慢的空气，也必然要 给飞机表面一个向后的反作用力，这就是飞机表面的摩擦阻力。
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2、附面层的分类： 附面层按其性质不同，可分为：层流附面层和紊流附面层。
就机翼而言，一般在最大厚度以前的部份叫层流附面层。在这之 后的部份是紊流附面层。
在分离点之后,附面层底层空气在反压作用下开始向前倒流。于是附面层中 逆流而上的空气与顺流而下的空气相顶碰,就使附面层气流脱离机翼表面，而卷 进主流。这时，就形成大量逆流和旋涡而形成气流分离现象。
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2、为什么机翼后缘涡流区中压力会有所减小？
如果空气流过机翼上下表面不产生气流分离，则在机翼后部，上下表面 气流重新汇合，流速和压力都会恢复到与机翼前部相等。这样,机翼前、后不 会出现压力差而形成压差阻力。
– 空气相对机翼流动时，空气与飞机表面之间存在粘滞阻力。 – 贴近机翼上表面的气流速度较小；贴近机翼下表面的气流速度
较大，二者在机翼尾部汇合时产生涡流——起动涡流。 – 据角动量守恒定律，在涡流出现角动量的同时，必然同时出现
另一个角动量，它与涡流所产生角动量的方向相反。 – 这个角动量由围绕机翼流动的“环流”产生。 – 环流速度与原来速度叠加，导致上方流速大，下方流速小。
事实上，当空气流到机翼后部会产生气流分离而形成涡流区。涡流区中， 由于产生了旋涡,空气迅速转动,一部分动能因摩擦而损耗，即使流速可以恢 复到与机翼前部的流速相等，而压力却恢复不到原来的大小，比机翼前部的 压力要小。
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（二）影响压差阻力的因素
1、 涡流区的压力与分离点处气流的压力,其大小相差不多。这就是说：分 离点靠机翼后缘，涡流区的压力比较大；分离点离开机翼后缘越远，涡流 区的压力就越小。
为减小下洗的影响，可采取大的展弦比、椭圆形或梯形机翼及增 设翼尖小翼等措施。
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四、干扰阻力
飞机的各个部件，单独放在气流中所产生的阻力的总和并不等于、 而是往往小于把它们组成一个整体时所产生的阻力。
干扰阻力是由于流经飞机各部分之间的气流相互干扰而产生的一 种额外阻力。
飞机的干扰阻力又包括机翼机身之间的干扰阻力，尾翼机身之间 的干扰阻力以及机翼尾翼之间的干扰阻力等。
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机翼的升力
伯努利定律：随着流体流速的增加，其 压力减小。
在机翼上表面,流速快,压力降低，产生吸力。 在机翼下表面,流速慢,压力增大，产生正压力。
凡是比大气压力低的叫吸力(负压力)， 凡是比大气压力高的叫压力(正压力)。
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机翼升力的产
生主要是靠上表面
吸力的作用，而不
是主要靠下表面的
三、诱导阻力
（一）诱导阻力的产生
由于翼展的长度是有限的，所以上下翼面的压强差使得气流从 下翼面绕过两端翼尖，向上翼面流动，并在翼尖处不断形成旋涡。
随着飞机向前方飞行，旋涡就从翼尖向后方流动，产生下 洗速，使相对气流产生下洗角。
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实际升力是和洗流方向垂直的。把实际升力分解成垂直于飞行速度方向
（一）干扰阻力的产生
机翼机身干扰阻力的产生 当机翼和机身组合在一起时，机身的侧面和机翼翼面之间之间形成一 个横截面积先收缩后扩张的通道，低速气流流过扩张通道时，因逆压梯度 的作用使附面层产生严重的分离，出现额外的粘性压差阻力。
2、压差阻力与物体的迎风面积、形状和物体在气流中的相对位置有很 大关系。迎风面积越大,压差阻力越大。象水滴那样的，前端园钝，后 面尖细的流线形物体,压差阻力最小。物体相对于气流的角度越大，压 差阻力越大。
3、机翼采用合适的安装角和飞机在飞行中 进行配平，其目的就是减小压差阻力提高经 济性。
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