空气动力学课件

空气动力学ppt 完成人 xx 20 xx年11月 自从1903年莱特兄弟发明第一架动力飞机以来 飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面 这种布局是现代飞机最常采用的气动布局 因此称之为 常规布局 我国的歼11B歼击机 我国的ARJ21祥凤支线客机 我国的FC 1枭龙歼击机 气动布局主要包括 1正常布局 2无尾或飞翼布局 3鸭式布局 4变后掠翼布局 5三翼面布局 将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧 就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能 而且前翼和机翼可以同时产生升力 而不像水平尾翼那样通常产生负升力 这种非常规布局被形象地称为 鸭式布局 位于机翼前方的前翼称为 鸭翼 莱特兄弟的世界上第一架飞机的气动布局 鸭式布局 随着计算机技术的发展 飞控系统的控制精度越来越高 鸭式布局逐渐成熟起来 产生了一批鸭翼飞机 前苏联米格1 44 以色列幼狮战斗机 欧洲台风战斗机 龙腾 歼十猛龙的精彩镜头 图片 Picture 简介 东方 歼十 歼 10战斗机采用了鸭式气动布局 这在我国研制成功的战斗机中还是首次 那么 鸭式布局战斗机有些什么特点 其气动特性又如何呢 采用后尾式和无尾式气动布局的普通高速飞机 由于种种原因 其低速性能往往不佳 而鸭式布局则可以满足战斗机对高 低速性能的要求 因为这种布局能很好地兼顾高速飞机所需的细长体外形和飞机实现短距起落所需的高配平升力系数 这是因为 一方面 细长鸭式布局在由亚声速过渡到超声速时 其焦点移动而引起的安定度增量比后尾式要小 这对高速机动飞行是有利的 另一方面 在大迎角进场或飞行时 它又能产生比后尾式和无尾式飞机高得多的配平升力 这说明它亦适合低速飞行 对于鸭式气动布局的飞机来说 在飞行中鸭翼后方会产生一系列脱体涡 脱体涡能提高后方大翼的空气动力学效率 另外 鸭翼与大翼间的一个合适的间距能使鸭翼起到缝翼的作用 提高临界迎角 改善大迎角飞行性能 鸭式布局分为近距耦合和远距耦合两种 近距耦合鸭式布局主要用于超音速战斗机 如瑞典的鹰狮战斗机 法国的阵风战斗机 近距藕合鸭式布局的特点是 1 这种布局利用前翼的脱体涡流扫过机翼产生的有利干扰 推迟机翼气流分离 延迟了机翼失速 可获得较大的大迎角升力 减小大迎角阻力 为飞机提供过失速飞行状态时的稳定度 2 通过和经过气动弹性剪裁后的后掠机翼联用 使机翼产生接近椭圆的展向压力分布 从而减小了飞行阻力 配合大后掠三角翼 近距藕合布局的纵向面积分布较好 机身后部外形光滑流线 超音速阻力小 3 前翼还可以用作直接控制技术的很有效的操纵面 通过采用主动控制技术 也可以减小鸭翼载荷 对减小配平阻力和提高配平升力有利 同时 鸭翼位置靠近飞行员 有利于低空操纵性 并有利于阵风抑制系统的应用 4 近距耦合布局特别适宜于和三角翼的机翼匹配 这种布局对重心安排有利 可减小起飞 着陆距离 增加机动能力 以及可减小飞机总体尺寸 减轻重量和降低成本 近距藕合鸭式布局的主要缺点是 A 鸭翼在大迎角 鸭翼大偏度时有失速问题 一般采用大后掠小展弦比设计以缓和这一问题 但也造成鸭翼升力系数降低B 由于前翼和机翼的干扰十分敏感 所以近距耦合布局的的技术难点在于它的效果完全取决于各翼面几何参数的选择及其相对位置 这些参数和位置的匹配对飞机的总体性能极为敏感 稍有选择不当 反而会带来更大的阻力 以及会造成纵向 横向和航向气动特性的异常 特别对飞机偏离设计点的特性更需要经过大量的计算和风洞试验进行仔细的权衡 C 相对于常规布局而言存在有一定的技术风险而且前翼还会带来其固有的大迎角横 航向不稳定问题 对于采取静不稳定设计的飞机 控制其固有的飞机抬头趋势 是一个很重要的问题 而鸭式布局的前翼 即使不偏转也存在着使飞机抬头的固有趋势 增加了对俯仰特性控制的难度 同时 近距藕合布局还要尽可能防止前翼脱体涡在大迎角下的破裂 因为这不仅会引起横向力矩非线性变化和不稳定 还可能会出现滞后现象 对全机横 航向特性有较大不利影响 D 起降及大过载机动时受鸭翼配平能力限制 不能使用机翼后缘襟翼或只能采用很小的偏度 鸭翼采用大后掠小展弦比设计更加剧了这一问题 如果采用加大鸭翼面积的方法 又会加强鸭翼对机翼的下洗 导致机翼升力损失 只能采用静不稳定设计缓和这一矛盾 但是 采用ACT放宽静稳和亚音速静不稳定设计时 由于存在大迎角低头操纵力矩的要求和鸭翼载荷过大带来的配平阻力增大和最大配平升力降低的问题 和正常式布局相比 近藕鸭式布局飞机往往不能采用太大的静不稳定度 从而影响其优势的发挥E 横向操纵效率不高 远距耦合鸭式布局主要用于公务机和体育运动机等 远距耦合鸭式布局具有如下特点 正的配平升力 鸭翼和机翼都对飞机提供正的升力 因此配平阻力小 可以获得比常规布局更大的升阻比 防失速 远距耦合鸭式布局的鸭翼安装角通常大于机翼安装角 以达到鸭翼首先失速的目的 有利于防止飞机进入失速尾旋 便于机身装载 远距耦合鸭式布局的鸭翼和机翼之间距离较大 便于布置各种外挂 如武器 雷达和摄像机等 图144超音速客机 远距鸭式布局的点主要集中在如下几点 1 在远距耦合鸭式布局中 由于前翼离机翼的距离较远 相互的干扰要简单得多 各翼面参数的匹配也要相对容易一些 所以目前许多其他鸭式布局的战斗机都采用了远距耦合鸭式布局 其中最典型的就是欧洲战斗机 台风 2 在远距耦合布局中 前翼不但本身产生升力 而且前翼的翼尖涡与机翼气流也会产生一定有利的气动干扰 在机翼上表面的一定区域内形成吸力 使飞机的总升力大于单独机翼和单独前翼升力之和 而且使机翼的气动载荷向内侧移动 减小机翼弯矩 从而可以减轻飞机的重量 3 由于前翼使飞机的升力作用点在重心之前 飞机有一个抬头趋势 所以通过机翼后缘操纵面的向上偏转 可以形成有利机翼弯度 从而减小配平阻力 提高了飞机的机动性能 前翼还增加了飞机纵向操纵的灵敏度 从而提高了飞机的敏捷性 4 在超声速飞行时 远距耦合鸭式布局比常规布局的飞机有更小的配平阻力 从而提高了飞机的超声速稳定盘旋能力 远距耦合布局的主要缺点是飞机长度可能会加大 因而使飞机的重心和气动中心的位置变化相对较为敏感 增加了对飞机操纵性的难度 战斗机希望空中机动自由灵活 起飞滑跑距离短 因此 常要求设计为静不稳定布局 所谓静不稳定是指当飞机改变姿态时 本身的改变趋势会增大 而静稳定是指当飞机姿态改变时 改变趋势会减少至另一平衡状态 静不稳定特性有优良机动性和灵活性 带有鸭翼的美国X31验证机就是很好的例子 X 31过失速机动几个典型动作 A 拉杆使飞机成70度仰角 然后做翻转150度的航向的失速筋斗 然后再绕其速度矢量做150度外切横滚 B 先拉杆成70度仰角 再以50度仰角作左转弯完成150度的转向 C 拉杆以3G过载15 17度仰角至倒飞 在此状态下使飞机以70度仰角左传180度 然后再次90度转向 有文章说美国F15装鸭翼的验证机性能堪比金雕 乘云御风 扶摇直上 威镇寰宇 龙腾东方 现在讲气动布局的优秀程度就是看它全部全面 隐身 高低速盘旋效率 加速 低速 大迎角 高速 载弹量等 还有很多的因素 都要照顾周全 这才是优秀的气动布局 各位有志之士应充分发挥聪明才智 使我国航空业生辉与世界航空界 使我中华民族立于世界之巅 謝謝 我国的歼十战斗机 歼十飞机是我国自行研制的 具有自主知识产权的高性能 多用途第三代战斗机 具有高可靠性 高生存力和高机动性能 作战半径大 起降距离短 攻击能力强 综合作战效能达到国际同类战斗机先进水平 歼十飞机研制是