飞行原理 第二章飞机的低速空气动力2.3 阻力

•诱导阻力(Induced Drag)
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升力
粘性
2.3.1 低速附面层
① 附面层的形成
附面层，是气流速度从物面处速度为零逐渐增加到 99%主流速度的很薄的空气流动层。
速度 不受干扰的主流
附面层边界
第二章 第 6 页
物体表面
●附面层厚度较薄
第二章 第 7 页
●无粘流动和粘性流动
附面层的形成是受到粘性的影响。
➢ 紊流附面层的摩擦阻力比层流附面层的大。 ➢ 飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。 ➢ 飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。
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●摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大
超音速战斗机 大型运输机 小型公务机 水下物体 船舶
摩擦阻力占总阻力的比例 25-30% 40% 50% 70% 90%
第二章 第 18 页
第二章 第 15 页
废阻力 (Parasite Drag)
升力
粘性
① 摩擦阻力
由于紧贴飞机表面的空气受到阻碍作用而流速降低到零，根据 作用力与反作用力定律，飞机必然受到空气的反作用。这个反作 用力与飞行方向相反，称为摩擦阻力。
第二章 第 16 页
●影响摩擦阻力的因素
摩擦阻力的大小与附面层的类型密切相关，此外还取决于空 气与飞机的接触面积和飞机的表面状况。
第二章 第 23 页
P分离点
P1
P2 P3 P4

●分离区的特点三
附面层分离的内因是空气的粘性，外因是因物体表面弯曲而 出现的逆压梯度。
PA PB PC
B C
A
第二章 第 24 页
●分离点与最小压力点的位置 最小压力点 B
A
分离点 C
第二章 第 25 页
●分离点与转捩点的区别
➢层流变为紊流（转捩），顺流变为倒流（分离）。 ➢分离可以发生在层流区，也可发生在紊流区。 ➢转捩和分离的物理含义完全不同。
升力 Lift
拉力 Pull
第二章 第 4 页
重力 Weight
阻力 Drag
●阻力的分类
对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力 分为：
•摩擦阻力(Skin Friction Drag) •压差阻力(Form Drag) •干扰阻力(Interference Drag)
废阻力 (Parasite Drag)
第二章 第 30 页
●干扰阻力的消除 飞机各部件之间的平滑过渡和整流包皮，可以有效
地减小干扰阻力的大小。
干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。
第二章 第 31 页
④ 诱导阻力
由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对气流方向出 现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。
第二章 第 32 页
I. 翼尖涡的形成
第二章 第 26 页
III. 压差阻力的产生
气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面层分离形成涡 流区，压强降低；而在机翼前缘部分，气流受阻压强增大，这样 机翼前后缘就产生了压力差，从而使机翼产生压差阻力。
第二章 第 27 页
●分离点位置与压差阻力大小的关系 ➢分离点靠前，压差阻力大。 ➢分离点靠后，压差阻力小。
在逆压梯度作用下，附面层底层出现倒流，与上层顺流 相 互作用，形成漩涡脱离物体表面的现象。
第二章 第 21 页
分离点
●分离区的特点一
分离区内漩涡是一个个单独产生的，它导致机翼的振动。
第二章 第 22 页
●分离区的特点二
分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。 P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4
PB PC ' PC
B C’ C
A
第二章 第 28 页
●影响压差阻力的因素
总的来说，飞机压差阻力与迎风面积、形状和迎角有关。迎风面 积大，压差阻力大。迎角越大，压差阻力也越大。
压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。
第二章 第 29 页
③ 干扰阻力
飞机的各个部件，如机翼、机身、尾翼的单独阻力之和小于把 它们组合成一个整体所产生的阻力，这种由于各部件气流之间的 相互干扰而产生的额外阻力，称为干扰阻力。
2
a
AI vI PI
b
AII vII PII
c
第二章 第 13 页
PI PII
3
●层流附面层和紊流附面层的速度型
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2.3.2 阻力的产生
•摩擦阻力(Skin Friction Drag) •压差阻力(Form Drag) •干扰阻力(Interference Drag) •诱导阻力(Induced Drag)
② 压差阻力
压差阻力是由处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。
第二章 第 19 页
I. 顺压梯度与逆压梯度
顺压：A到B，沿流向压力逐渐减小，如机翼上表面前段。 逆压：B到C，沿流向压力逐渐增加，如机翼上表面后段。
B C
A
第二章 第 20 页
II. 附面层分离
l
第二章 第 10 页
l
II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。
l
第二章 第 11 页
l
III. 附面层的特点三
附面层分为层流附面层和紊流附面层，层流在前， 紊流在后。层流与紊流之间的过渡区称为转捩点。
层流附 面层
转捩点
紊流附面层
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●层流的不稳定性
AI AII
1
vI vII
第二章
飞机的低速空气动力
飞行原理/CAFUC
本章主要内容
2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理
第二章 第 2 页
飞行原理/CAFUC
2.3 阻力
飞行原理/CAFUC
阻力是与飞机运动轨迹平行，与飞行速度方向相反 的力。阻力阻碍飞机的飞行，但没有阻力飞机又无法 稳定飞行。
无粘流动 沿物面法线方向速度一致
第二章 第 8 页
“附面层”
粘性流动 沿物面法线方向速度不一致
② 附面层的特点
I. 附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主 流压强。
P1
P2
只要测出附面层边界主流的静压，便可得到物面各点的静 压，它使理想流体的结论有了现实意义。
第二章 第 9 页
II. 附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。
正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用 下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面。
这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）
第二章 第 33 页
I. 翼尖涡的形成
正常飞行时，下翼面的压强比上翼面高，在上下翼面压强差的作用 下，下翼面的气流就会绕过翼尖流向上翼面，就使下翼面的流线由机翼 的翼根向翼尖倾斜，上翼面反之。