伯努利原理和机翼升力.doc

伯努利原理和机翼升力 第一节 伯努利原理 图1-两张纸在内外压强差作用下靠拢 飞机机翼地翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图2。原来是一股气流，由于机翼地插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。 图2-气流从机翼上下方流过的情况 飞机机翼地翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图2原来是一股气流，由于机翼地插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产 第二节 翼型各部分名称 图1-翼型的各部分名称 翼型的各部分名称如图1所示。翼弦是翼型的基准线，它是前缘点同后缘点的连线。中弧线是指上弧线和下弧线之间的内切圆圆心的连线。 中弧线最大弯度用中弧线最高点到翼弦的距离来表示。在一定的范围内，弯度越大，升阻比越大。但超过了这个范围，阻力就增大的很快，升阻比反而下降。中弧线最高点到翼弦的距离一般是翼弦长的4%8中弧线最高点位置同机翼上表面边界层的特性有很大关系。竞时模型飞机翼型的中弧线最高点到前缘的距离一般是翼弦的25、50。翼型的最大厚度是指上弧线同下弧线之间内切圆的最大直径。一般来说，厚度越大，阻力也越大。而且在低雷诺数情况下，机翼表面容易保持层流边界层。因此，竞时模型飞机要采用较薄的翼型。翼型最大厚度一股是翼弦的6、8。但是，线操纵特技模型飞机例外，它的翼型最大厚度可以达到翼弦的12、18。翼型最大厚度位置对机翼上表面边界层特性也有很大影响。翼型前缘半径决定了翼型前部的“尖”或“钝”，前缘半径小，在大迎角下气流容易分离，使模型飞机的稳定性变坏，前缘半径大对稳定性有好处，但阻力又会增大。 图2-常用的模型飞机翼型 第三节 翼型种类常用的模型飞机翼型有对称、双凸、平凸、凹凸，s形等几种，如图2所示对称翼型的中弧线和翼弦重合，上弧线和下弧线对称。这种翼型阻力系数比较小，但升阻比也小。一般用在线操纵或遥控特技模型飞机上双凸翼型的上弧线和下弧线都向外凸，但上弧线的弯度比下弧线大。这种翼型比对称翼型的升阻比大。一般用在线操纵竞速或遥控特技模型飞机上平凸翼型的下弧线是一条直线。这种翼型最大升阻比要比双凸翼型大。一般用在速摩不太高的初级线操纵或遥控模型飞机上凹凸翼型的下弧线向内凹入。这种翼型能产生较大的升力，升阻比也比较大。广泛用在竞赛留空时间的模型飞机上S形翼型的中弧线象横放的S形。这种翼型的力矩特性是稳定的，可以用在没有水平尾翼的模型飞机上 第四节 失速原理 图1-气流在机翼上表面分离 在 机翼迎角较小的范围内，升力随着迎角的加大而增大。但是，当迎角加大到某个值时，升力就不再增加了。这时候的迎角叫做临界迎角。当超过临界迎角后，迎角再加大，阻力增加，升力反而减小。这现象就叫做失速。 产生失速的原因是：由于迎角的增加，机翼上表面从前缘到最高点压强减小和从最高点到后缘压强增大的情况更加突出。当超过临界迎角以后，气流在流过机翼的最高点不多远，就从翼表面上分离了，在翼面后半部分产生很大的涡流见图1，造成阻力增加。升第五节 人工扰流方案要推迟失速的发生，就要想办法使气流晚些从机翼上分离。机翼表面如果是层流边界层，气流比较容易分离；如果是絮流边界层，气流比较难分离。也就是说，为了推迟失速，在机翼表面要造成絮流边界层。一般来说，雷诺数增大，机翼表面的层流边界层容易变成絮流边界层。 但是，模型飞机的速度很低，翼弦很小，所以雷诺数不可能增大很大。要推迟模型飞机失速的发生，就必须要想别的办法。人们发现通过人工扰流，也可以使层流边界层变成絮流边界层。具体的做法很多，如图2所示。其中a是在机翼上表面前缘部分贴上了细砂纸或粘上了碎木屑；b是在机翼上表面近前缘部分帖上了一条细木条或粗的扰流线；c是在机翼翼展前缘部位，每隔一定距离垂直地开一拍绕流孔；d是在前缘前面粘一张有弹性的绕流线；e是在前缘粘上呈虚线状的扰流器；f是在前缘粘上锯齿形扰流器。 第六节 螺旋桨 图1-桨叶剖面的合成速度 螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力的装置。螺旋桨的效率的高低会直接影响到模型飞机的飞行成绩 螺旋桨桨叶的工作原理和机翼十分相似。如果把桨叶取下来观察，就会发现它是一个扭曲着的机翼。桨叶剖面和机翼剖面差不多。桨叶和机翼的区别在于，机翼在空气中的运动基本上是平动的，而桨叶既绕着桨轴旋转，又随着飞机千起前进。螺旋桨的拉力就是靠桨叶在空气中运动而产生的。由于桨叶既有旋转运动，又有向前运动，所以吹过桨叶的气流包括两部分：一部分是来自侧面垂直于桨轴的气流，另一部分是来自前面平行于桨轴的气流。 第二章 机翼阻力 图1-平板的压差阻力 摩擦阻力：当空气流过机翼表面的时候，由于空气的粘性作用，在空气和机翼表面之间会产生摩擦阻力。如果机翼表面的边界层是层流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力比较小，如果机翼表面的边界层是紊流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力就比较大。 为了减少摩擦阻力，可以减少模型飞机同空气的接触面积，也可以把模型飞机表面做光滑些。但不是越光滑越好，因为表面太光滑，容易保持层流边界层，而层流边界层的气流容易分离，会使压差阻力大大增加。 图2-采用流线型可减小阻力 压差阻力：一块平板，平行于气流运动阻力比较小，垂直于气流运动阻力比较大，如图1所示。因为这种阻力是由于平板前后存在压力差而引起的，所以，我们把这种阻力叫做压差阻力。如果进行进一步的研究，可以看到，产生这个压力差的根本原因还是由于空气的粘性。 压差阻力同物体的形状，物体在气流中的姿态以及物体的最大迎风面积等有关，其中最主要的是同物体的形状有关。如果在那块垂直于气流的平板前面和后面都加上尖球形的罩，成为流线型的形状，见图2，它的压差阻力就可大大减小，有的可减小90。所以，一般模型飞机的部件都采用流线型的。 在通常的情况下，机翼的阻力主要就是压差阻力和摩擦阻力。它们的和几乎就是总的阻力，叫做翼型阻力。但是，这两种阻力在总阻力中所占的比例随物体形状的不同而有所变化。对于流线型好的物体摩擦阻力是主要的，对于流线型不好的物体，压差阻力是主要的。 第二节 诱导阻力 图1-机翼两端的涡流 诱导阻力:在机翼的两端，机翼下表面压力大的气流绕过翼尖，向机翼上表面的低压区流动，于是在翼端形成一般涡流，如图1所示。它改变了翼端附近流经机翼的气流方向，引起了附加的阻力。因为它是升力诱导出来的，所以叫做