后掠翼及翼根翼尖效应课件讲解

飞机高速空气动力空气动力学基础与飞行原理xxx广州民航职业技术学院目录CONTENTS空气动力学基础与飞行原理高速气流特性一激波与膨胀波二高速空气动力特性三高速机翼设计四其他高速气动设计五现代高速飞机很多采用后掠翼或三角翼，目的是为了提高临界马赫数空气动力学基础与飞行原理后掠翼的高速气动特性民航客机也使用后掠机翼，降低高亚声速巡航的阻力对称气流流过后掠机翼，气流可以分解为空气动力学基础与飞行原理后掠翼的气流特性一部分与前缘垂直，称为垂直分速度Vn两个分速度与气流速度的关系为：另一部分与前缘平行，称为平行分速度Vt沿着平行于前缘的方向，气流一般不会受到阻滞垂直于前缘方向，气流需要“翻山越岭”越过机翼引起沿途的压力变化，对后掠翼的压力分布起决定作用，从而决定了升力和阻力特性。垂直分速度又称有效分速度后掠角增大，可明显降低有效分速度空气动力学基础与飞行原理后掠角的作用延缓激波的产生帕纳维亚“狂风”式战斗机：起降时使用最小后掠角，高速飞行时增大机翼后掠角气流流过后掠翼，切向分速度Vt不会变化，但法向分速度Vn会变化空气动力学基础与飞行原理后掠翼机翼平面的流动特性气流流经前缘时，Vt不变；Vn受到前缘阻滞，速度减小，气流向翼梢偏移气流流经机翼上表面时，Vt不变；Vn流过机翼上表面的凸起，速度增大，气流又逐渐转向翼根气流向机翼后缘，Vt不变；Vn流向后缘，速度又逐渐变小，气流方向由翼根又向翼尖偏折气流流线呈S形空气动力学基础与飞行原理翼根效应和翼尖效应气流流过后掠翼，流线左右倾斜会形成翼根和翼尖效应在机翼前缘，流线偏离飞机对称面，流管扩张变粗在机翼后部，流线靠近飞机对称面，流管收缩变细亚声速条件下的翼根机翼前缘流速变慢，压力增加，吸力降低机翼后段流速加快，压力降低，吸力增加与直机翼相比，后掠翼的压力分布更加平缓这种现象叫做翼根效应空气动力学基础与飞行原理翼根效应和翼尖效应翼尖效应：在翼尖部分，情况则相反翼尖外侧的气流仍按原来的规律流动在翼尖前缘，流线向外侧倾斜，流管变细，流速加快，压力变小，吸力峰变陡在翼尖后部，流线向内侧倾斜，流管变粗，流速放慢，压力增大，吸力变小从翼根到翼梢，吸力峰逐渐向前移动空气动力学基础与飞行原理翼根效应和翼尖效应与平直翼相比，翼根吸力峰被削弱，翼尖吸力峰增强后掠翼的吸力峰，沿着展向分布，呈现出“两边高，中间低”的特点后掠翼：从翼根到翼尖，吸力峰大小发生变化空气动力学基础与飞行原理后掠翼的跨声速气动特性但随着飞行速度的提高，飞机仍然不可避免地进入跨声速阶段虽然后掠翼可提高飞机的临界马赫数在后掠翼的根部，由于翼根效应的影响，吸力峰靠后，激波出现得较晚，临界马赫数较大在后掠翼的梢部，由于翼尖效应的影响，吸力峰靠前，激波出现得较早，临界马赫数较小后掠翼临界马赫数这样计算前缘后掠角越大，临界马赫数越大平直机翼的临界马赫数翼尖激波空气动力学基础与飞行原理后掠翼跨声速的激波产生过程翼尖临界马赫数低，在飞机加速的过程中，翼尖首先出现激波，其方向与来流方向垂直翼尖激波的强度比较弱，随着飞行马赫数的增加，翼尖激波会向后移动后激波翼尖激波发端于翼根，机翼根部的流线向机身并拢，受到机身附面层的阻滞影响，会出现一系列的弱激波这些弱激波会合并成一道强激波后激波后激波向后移动的速度比翼尖激波快，随着飞行马赫数的增大，两者会合二为一，强度变得更大前激波和外激波空气动力学基础与飞行原理后掠翼跨声速的激波产生过程随着Ma数继续增加，临近1.0马赫，从翼尖开始还会产生前激波，随着Ma数的继续增加，前激波会向翼根扩张前激波的扩展随着前激波向翼根移动，它同时还会向着后方移动，当它与后激波相接触，二者又会合二为一，形成强烈的“外激波”外激波附带着极强的逆压梯度，会在飞机外机翼上引起严重的气流分离Ma=0.95Ma=1.00Ma=1.05外激波的生成无限展长的后掠翼空气动力学基础与飞行原理后掠机翼的升阻特性只有垂直分速度Vn才对后掠翼的压力分布起作用由于存在翼根和翼尖效应，真实机翼的升力系数比理论值略小，升力线斜率也略小无限展长的机翼后掠翼的阻力系数是平直机翼的cos3Λ倍在中小迎角下，后掠翼的升力系数是平直机翼的cos2Λ倍真实的机翼是有限展长的亚声速飞行时：由于有效速度较小，后掠翼的升力系数小于平直机翼，阻力特性与平直翼相差不大跨声速飞行时：由于有效速度较小，后掠翼的阻力系数在较大的Ma数才明显增加，较平直机翼有明显优势空气动力学基础与飞行原理后掠翼的失速特性后掠翼的主要问题是翼尖失速翼根效应使得后掠翼根部吸力峰降低，且升力分布较平直翼更为平均，机翼后部逆压梯度减小，气流分离的风险降低翼尖效应使得翼梢吸力峰增加，升力分布集中于机翼前半部分，机翼后部逆压梯度增大，气流分离风险大大提高因此，后掠翼较容易出现翼尖失速副翼在机翼展向上的站位通常接近翼尖，后掠翼的翼尖失速容易导致……飞机失控！！！在机翼上设置几何扭转空气动力学基础与飞行原理改善翼尖失速的措施梢部安装角比根部更小，有利于减小翼尖迎角，延缓翼尖失速在机翼上设置气动扭转根部和梢部设置不同的翼型，其中梢部的翼型失速迎角更大，更不容易失速机翼弦线并不扭转，但梢部设置不易失速的翼型在翼梢布置前缘缝翼翼尖失速是由于气流展向流动而引起的，通过手段抑制展向流动，同样可改善后掠翼失速特性空气动力学基础与飞行原理改善翼尖失速的措施机翼上表面翼刀：抑制上表面气流展向流动的最直接手段前缘翼刀：阻挡气流的展向流动，同时还产生涡流，利用涡流进一步抑制气流展向流动涡流发生器：利用与气流不平行的金属片，形成高速旋转、紧贴机翼表面的小漩涡，给