阻力的产生摩擦阻力SkinFrictionDra

第二章第页12.3.2阻力的产生摩擦阻力(SkinFrictionDrag)压差阻力(FormDrag)干扰阻力(InterferenceDrag)诱导阻力(InducedDrag)废阻力(ParasiteDrag)升力粘性第二章第页2摩擦阻力摩擦阻力是在附面层内产生的，由于空气具有粘性，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。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。在附面层的底部，紊流附面层横向速度梯度比层流附面层大得多，飞机表面对气流的阻滞作用大。在普通的机翼表面，既有层流附面层，又有紊流附面层，所以为了减小摩擦阻力，人们就千方百计地使物体表面的流动保持层流状态。所谓层流翼型，就是这样设计的。飞机的表面积越大，摩擦阻力越大。在飞机设计和安装过程中,尽可能缩小飞机暴露在气流中的表面面积，也有助于减小摩擦阻力。飞机表面越粗糙，摩擦阻力越大。在飞机设计和制造过程中,应尽可能把飞机表面做得光滑些。例如，尽量考虑采用埋头铆钉铆接飞机表面上的结构件(如蒙皮);

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4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%减小摩擦阻力的措施①机翼采用层流翼型。设法使附面层保持层流状态②在机翼表面安装一些气功装置，不断向附面层输入能量③保持机体表面的光滑清洁。④要尽量减小机体与气流的接触面积。第二章第页7压差阻力

压差阻力是由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。第二章第页8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9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10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11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12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。ABC第二章第页13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14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15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。物体形状与压差阻力大小的关系在平板前面气流被阻滞,压力升高:平板后面会产生大量的涡流，造成气流分离而形成低压区，这样它的前后会形成很大的压差阻力。如果在圆形平板的前面加上一个圆锥体，它的迎风面积并没有改变,但形状却变了。这时平板前面的高压区被圆锥体填满了,气流可以平滑地流过,压强不会急剧升高，显然这时平板后面仍有气流分离，低压区仍然存在，但是前后的压强差却大为减少,因而压差阻力降低到原来平板压差阻力的1/5左右如果在平板后面再加上一个细长的圆锥体，把充满旋涡的低压区也填满，使得物体后面只出现很少的旋涡，那么实验证明压差阻力将会进一步降低到原来平板的1/25~1/20.像这样前端圆钝、后端尖细，像水滴或雨点似的物体，叫作流线型物体,简称“流线体”。流线型物体第二章第页18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19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。(2)减小压差阻力的措施①尽量减小飞机机体的迎风面积。②暴露在空气中的机体各部件外形应采用流线型。③飞行时，除了起气动作用的部件外，其他机体部件的铀钱应尽量与气流方向平行。第二章第页21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。气流流过机翼和机身的连接处，在机翼和机身结合的中部,由于机翼表面和机身表面都向外凸出，流管收缩;而在后部由于机翼表面和机身表面都向内弯曲，流管扩张,在这里形成了一个截面面积先收缩后扩张的气流通道。根据连续性定理和伯努利方程,气流在流动过程中,压强先变小后变大,这样就使结合部的逆压梯度增大,使附面层分离点前移，使翼身结合处后部的涡流区扩大,出现额外增加的压差阻力，第二章第页22

减小干扰阻力的措施干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。①适当安排各部件之间的相对位置。中单翼干扰阻力量小，下单翼最大，上单翼居中。②在部件结合部位安装整流罩，使结合部位较为光滑，减小流管的收缩和扩张。第二章第页23第二章第页24下面是波音公司借助CFD技术针对DLR-F6翼身组合体模型进行的整流罩外形设计研究结果第二章第页25第二章第页26第二章第页27第二章第页28第二章第页29第二章第页30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，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，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