飞行原理-第二章飞机的低速空气动力2.3-阻力

1、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 页22.3 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。升力重力拉力阻力LiftPullWeightDrag第二章 第 页4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)诱导阻力(Induced Drag)废阻

2、力(Parasite Drag)升力粘性第二章 第 页52.3.1 低速附面层 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物体表面附面层的形成第二章 第 页6附面层厚度较薄第二章 第 页7无粘流动沿物面法线方向速度一致粘性流动沿物面法线方向速度不一致“附面层”无粘流动和粘性流动附面层的形成是受到粘性的影响。第二章 第 页8附面层的特点附面层内沿物面法向方向压强不变且等于法线主流压强。P1P2 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 页9附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增

3、厚。l第二章 第 页10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 页11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。转捩点层流附面层紊流附面层第二章 第 页12层流的不稳定性123abc第二章 第 页13层流附面层和紊流附面层的速度型第二章 第 页142.3.2 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)废阻力(Parasite Drag)升力粘性第二章 第 页15摩擦阻力 由于紧贴飞机表面的空

4、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 页16影响摩擦阻力的因素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。 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 页17摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大摩擦阻力占总阻力的比例超音速战斗机25-30%大型运输机40%小型公务机50%水下物体70%船舶90%第二章 第 页18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

5、离，从而产生的阻力。第二章 第 页19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。ABC第二章 第 页20附面层分离 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。分离点第二章 第 页21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 页22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P1P2P3P4P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4第二章 第 页23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

6、表面弯曲而出现的逆压梯度。ABC第二章 第 页24分离点与最小压力点的位置ABC最小压力点分离点第二章 第 页25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。第二章 第 页26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 页27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。ABCC第二章 第 页28影响压差阻力的因素 总的来说，飞机压差

7、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 页29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。第二章 第 页30干扰阻力的消除干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。 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。第二章 第 页31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 页32翼尖涡的形成 正常飞行时，

8、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 页33 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。翼尖涡的形成第二章 第 页34翼尖涡的形成 由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向，于是就形成旋涡，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。第二章 第 页35翼尖涡形成的进一步分析注意旋转方向第二章 第 页36翼尖涡的立体形态第二章 第 页37翼尖涡的形态第二章 第 页38下洗流（Down

9、Wash）和下洗角 由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出现一个向下的诱导速度场，称为下洗。在亚音速范围内，这下洗速度场会覆盖整个飞机所处空间范围。第二章 第 页39下洗角 下洗速度的存在，改变了翼型的气流方向，使流过翼型的气流向下倾斜，这个向下倾斜的气流称为下洗流，下洗流与相对气流之间的夹角称为下洗角。第二章 第 页40下洗速度沿翼展分布 不同平面形状的机翼，沿展向下洗速度的分布是不一样的。第二章 第 页41诱导阻力的产生 有限展长机翼与无限展长机翼相比，由于前者存在翼尖涡和下洗速度场，导致前者的总空气动力较后者更加后斜，即前者总空气动力沿飞行速度方向（即远前方相对气流方向）的分量较后者

10、更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。LLD第二章 第 页42影响诱导阻力的因素机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章 第 页43低展弦比使翼尖涡变强，诱导阻力增加。高展弦比使翼尖涡减弱，诱导阻力变小。展弦比对诱导阻力的影响第二章 第 页44展弦比对诱导阻力的影响机翼展弦比倒数诱导阻力系数减少的百分比升力系数不变第二章 第 页45高展弦比飞机第二章 第 页46空速大小对诱导阻力大小的影响阻力诱导阻力空速空速小，下洗角大，诱导阻力大空速大，下洗角小，诱导阻力小第二章 第 页47翼梢小翼第二章 第 页48翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章 第 页49翼梢小翼可以减小诱导阻力 翼梢小翼改变了机翼沿展向分布的翼载荷。第二章 第 页50翼梢小翼可以减小总阻力第二章 第 页51阻力公式飞机的阻力系数飞机的飞行动压机翼的面积。第二章 第 页52回顾阻力组成摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力(Form Drag)干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力(Induc