空气动力学基础ppt课件

1、第二章第二章低速空气动力学基础低速空气动力学基础第二章第二章 第第 页页2 2本章主要内容本章主要内容2.1 低速空气动力学低速空气动力学2.2 升力升力2.3 阻力阻力2.4 增升装置的增升原理增升装置的增升原理2.1 空气空气流动的描述流动的描述第二章第二章 第第 页页4 4 空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。首先要研究空气流动的基本规律。第二章第二章 第第 页页5 52.1.1 流体模型化流体模型化理想流体，理想流体，不考虑流体粘性的影响。不考虑流体粘性的影

2、响。不可压流体，不考虑流体密度的变化，不可压流体，不考虑流体密度的变化，Ma0.4。绝热流体，绝热流体，不考虑流体温度的变化，不考虑流体温度的变化，Ma0.4。第二章第二章 第第 页页6 62.1.2 相对气流相对气流运动方向运动方向相对气流方向相对气流方向自然风方向自然风方向第二章第二章 第第 页页7 7飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。第二章第二章 第第 页页8 8对相对气流的现实应用对相对气流的现实应用直流式风洞直流式风洞回流式风洞回流式风洞第二章第二章

3、第第 页页9 9风洞实验段及实验模型风洞实验段及实验模型第二章第二章 第第 页页1010风洞的其它功用风洞的其它功用第二章第二章 第第 页页11112.1.3 迎角迎角迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。第二章第二章 第第 页页1212相对气流方向就是飞机速度的反方向相对气流方向就是飞机速度的反方向第二章第二章 第第 页页1313相对气流方向是判断迎角大小的依据相对气流方向是判断迎角大小的依据 平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。种判断方式

4、。第二章第二章 第第 页页1414水平飞行、上升、下降时的迎角水平飞行、上升、下降时的迎角上升上升平飞平飞下降下降第二章第二章 第第 页页1515迎角探测装置迎角探测装置第二章第二章 第第 页页16162.1.4 流线和流线谱流线和流线谱空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。第二章第二章 第第 页页1717流管：由许多流

5、线所围成的管状曲面。流管：由许多流线所围成的管状曲面。第二章第二章 第第 页页1818流线和流线谱流线和流线谱流线谱是所有流线的集合。流线谱是所有流线的集合。第二章第二章 第第 页页1919流线和流线谱的实例流线和流线谱的实例第二章第二章 第第 页页2020流线的特点流线的特点该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。流线每点上的流体微团只有一个运动方向。流线每点上的流体微团只有一个运动方向。流线不可能相交，不可能分叉。流线不可能相交，不可能分叉。第二章第二章 第第 页页2121流线谱的特点流线谱的特点流线谱的形状与流动速度无关。流

6、线谱的形状与流动速度无关。物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压 ，流管收缩变细。，流管收缩变细。气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。第二章第二章 第第 页页22222.1.5 连续性定理连续性定理 流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。流体流过流管时，在同

7、一时间流过流管任意截面的流体质量相等。质量守恒定律是连续性定理的基础。质量守恒定律是连续性定理的基础。第二章第二章 第第 页页2323连续性定理连续性定理1 12 2A A1 1,v,v1 1A A2 2,v,v2 211vA单位时间内流过截面单位时间内流过截面1的流体体积为的流体体积为111vA单位时间内流过截面单位时间内流过截面1的流体质量为的流体质量为222vA同理，单位时间内流过截面同理，单位时间内流过截面2的流体质量为的流体质量为则根据质量守恒定律可得：则根据质量守恒定律可得：111222vAvA1122vAvAC常数即即结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。结论：空气流过

8、一流管时，流速大小与截面积成反比。第二章第二章 第第 页页2424山谷里的风通常比平原大山谷里的风通常比平原大河水在河道窄的地方流得快，河道河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢宽的地方流得慢日常的生活中的连续性定理日常的生活中的连续性定理高楼大厦之间的对流通常比空高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大旷地带大第二章第二章 第第 页页25252.1.6 伯努利定理伯努利定理 同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。能量守恒定律是伯努力定理的基础。能量守恒定律是伯努力定理的基础。第二章第二章 第第 页页2626伯努利定理伯努利定理

9、 空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。 因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能压力能=常值。公式表述为：常值。公式表述为：2102vPP 上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。 第二章第二章 第第 页页2727伯努利定理伯努利定理2102vPP动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是

10、空气在动压，单位体积空气所具有的动能。这是一种附加的压力，是空气在流动中受阻，流速降低时产生的压力。流动中受阻，流速降低时产生的压力。212vP静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时静压，单位体积空气所具有的压力能。在静止的空气中，静压等于当时当地的大气压。当地的大气压。0P总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减总压（全压），它是动压和静压之和。总压可以理解为，气流速度减小到零之点的静压。小到零之点的静压。第二章第二章 第第 页页2828深入理解动压、静压和总压深入理解动压、静压和总压同一流线：同一流线：总压保持不变。总压保持不变。动压越大，静压越

11、小。动压越大，静压越小。流速为零的静压即为总压。流速为零的静压即为总压。第二章第二章 第第 页页2929同一流管：同一流管：截面积大，流速小，压力大。截面积大，流速小，压力大。截面积小，流速大，压力小。截面积小，流速大，压力小。深入理解动压、静压和总压深入理解动压、静压和总压第二章第二章 第第 页页3030伯努利定理适用条件伯努利定理适用条件气流是连续、稳定的，即流动是定常的。气流是连续、稳定的，即流动是定常的。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气没有粘性，即空气为理想流体。空气密度是不变，即空气为不可

12、压流。空气密度是不变，即空气为不可压流。在同一条流线或同一条流管上。在同一条流线或同一条流管上。第二章第二章 第第 页页31312.1.7 连续性定理和伯努利定理的应用连续性定理和伯努利定理的应用用文邱利管测流量用文邱利管测流量2 2A A1 1, v, v1 1 ,P ,P1 1A A2 2, v, v2 2 ,P ,P2 21 1文邱利管测流量22212212/1/vPPAA21212211221122AvvAvPvP第二章第二章 第第 页页3232空速管测飞行速度的原理空速管测飞行速度的原理2102vPP02()PPv第二章第二章 第第 页页3333与动压、静压相关的仪表与动压、静压相关

13、的仪表空速表空速表高度表高度表升降速度表升降速度表第二章第二章 第第 页页3434空速表空速表第二章第二章 第第 页页3535升降速度表升降速度表第二章第二章 第第 页页3636高度表高度表第二章第二章 第第 页页3737本章主要内容本章主要内容2.1 空气流动的描述空气流动的描述2.2 升力升力2.3 阻力阻力2.4 飞机的低速空气动力特性飞机的低速空气动力特性2.5 增升装置的增升原理增升装置的增升原理2.2 升力升力第二章第二章 第第 页页3939升力升力重力重力拉力拉力阻力阻力LiftPullWeightDrag 升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，升力

14、垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。使其自由翱翔。第二章第二章 第第 页页40402.2.1 升力的产生原理升力的产生原理起点终点 相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？相同的时间，相同的起点和终点，小狗的速度和人的速度哪一个更快？第二章第二章 第第 页页4141升力的产生原理升力的产生原理前方来流被机翼分为了两部分，前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。下表面流过。由连续性定理或小狗与人速度对由连续性定理或小狗与人速度对比分析可知，流过机翼上表面的比分析可知，流过机翼上

15、表面的气流，比流过下表面的气流的速气流，比流过下表面的气流的速度更快。度更快。第二章第二章 第第 页页4242P1 v1P2 v22211112222PvPv 12vv12PP211102PvP 212202PvP 升力的产生原理升力的产生原理第二章第二章 第第 页页4343 上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。机翼升力的着力点，称为压力中心机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure)升力的产生原理升力的产生原理第二章第二章 第第 页页44442.2.2 翼型的压力

16、分布翼型的压力分布当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。当机翼表面压强低于大气压，称为吸力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。当机翼表面压强高于大气压，称为压力。 用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。矢量表示法矢量表示法第二章第二章 第第 页页4545驻点和最低压力点驻点和最低压力点 B点，称为最低压力点，是点，称为最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。机翼上表面负压最大的点。 A点，称为驻点，是正压最大的点，位于点，称为驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零机翼前缘附近，该处气流流速

17、为零。第二章第二章 第第 页页4646坐标表示法坐标表示法 从右图可以看出，机翼升力的产生主要是从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。前段，而不是主要靠下表面正压的作用。第二章第二章 第第 页页47472.2.3 升力公式升力公式212LLCVS飞机的升力系数飞机的升力系数LC212V飞机的飞行动压飞机的飞行动压S机翼的面积。机翼的面积。第二章第二章 第第 页页4848升力公式的物理意义升力公式的物理意义飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。飞机的升力与升力系数、来流动压和机

18、翼面积成正比。 升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。 212LLCVS第二章第二章 第第 页页4949本章主要内容本章主要内容2.1 空气流动的描述空气流动的描述2.2 升力升力2.3 阻力阻力2.4 增升装置的增升原理增升装置的增升原理2.3 阻力阻力第二章第二章 第第 页页5151 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。行，但没有阻力飞机又无法稳定飞行。升力升力重力重力拉力拉力阻力阻力Lift

19、PullWeightDrag第二章第二章 第第 页页5252阻力的分类阻力的分类 对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力分为：摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力压差阻力(Form Drag)干扰阻力干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力诱导阻力(Induced Drag)废阻力废阻力(Parasite Drag)升力升力粘性粘性第二章第二章 第第 页页53532.3.1 低速附面层低速附面层 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

20、薄的空气流主流速度的很薄的空气流动层。动层。速度速度不受干扰的主流不受干扰的主流附面层边界附面层边界物体表面物体表面附面层的形成附面层的形成第二章第二章 第第 页页5454附面层厚度较薄附面层厚度较薄第二章第二章 第第 页页5555无粘流动无粘流动沿物面法线方向速度一致沿物面法线方向速度一致粘性流动粘性流动沿物面法线方向速度不一致沿物面法线方向速度不一致“附面层附面层”无粘流动和粘性流动无粘流动和粘性流动附面层的形成是受到粘性的影响。附面层的形成是受到粘性的影响。第二章第二章 第第 页页5656附面层的特点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。附面层内沿物面法向方向压强

21、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。体的结论有了现实意义。第二章第二章 第第 页页5757附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。ll第二章第二章 第第 页页5858附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。附面层厚度随气流流经物面的距离增长而增厚。ll第二章第二章 第第 页页5959附面层的特点三附面层的特点三 附面层分为层流附面层和紊流附面层，层流在前，紊流在后。层流与紊流之间附面层分为层流附面层和紊

22、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。的过渡区称为转捩点。转捩点转捩点层流附面层流附面层层紊流附面层紊流附面层第二章第二章 第第 页页6060层流的不稳定性层流的不稳定性123abcIIIAvPIIIIIIAvPIIIAAIIIvvIIIPP第二章第二章 第第 页页6161层流附面层和紊流附面层的速度型层流附面层和紊流附面层的速度型第二章第二章 第第 页页62622.3.2 阻力的产生阻力的产生摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力压差阻力(Form Drag)干扰阻力干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力诱导阻力(Induc

23、ed Drag)废阻力废阻力(Parasite Drag)升力升力粘性粘性第二章第二章 第第 页页6363摩擦阻力摩擦阻力 由于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由于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。阻力。第二章第二章 第第 页页6464影响摩擦阻力的因素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。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。飞机的表面积

24、越大，摩擦阻力越大。飞机表面越粗糙，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。面积和飞机的表面状况。第二章第二章 第第 页页6565摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大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摩擦阻力占总阻力的比例超音速战斗机超音速战斗机25-30%大型运输机大型运输机40%小型公务机小型公务机50%水下物体水下物体70%船舶船舶90%第二章第二章 第第 页页6666压差阻力压差阻力 压差阻力是由处于

25、流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。从而产生的阻力。第二章第二章 第第 页页6767顺压梯度与逆压梯度顺压梯度与逆压梯度顺压：顺压：A到到B，沿流向压力逐渐减小，如机翼上表面前段。，沿流向压力逐渐减小，如机翼上表面前段。逆压：逆压：B到到C，沿流向压力逐渐增加，如机翼上表面后段。，沿流向压力逐渐增加，如机翼上表面后段。ABC第二章第二章 第第 页页6868附面层分离附面层分离 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，形成漩相互作

26、用，形成漩涡脱离物体表面的现象。涡脱离物体表面的现象。分离点分离点第二章第二章 第第 页页6969分离区的特点一分离区的特点一 分离区内漩涡是一个个单独产生的，它导致机翼的振动。分离区内漩涡是一个个单独产生的，它导致机翼的振动。第二章第二章 第第 页页7070分离区的特点二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。分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。P分离点分离点P1P2P3P4P分离点分离点 = P1 = P2 = P3 = P4第二章第二章 第第 页页7171分离区的特点三分离区的特点三 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。附面层

27、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。ABCABCPPP第二章第二章 第第 页页7272分离点与最小压力点的位置分离点与最小压力点的位置ABC最小压力点最小压力点分离点分离点第二章第二章 第第 页页7373分离点与转捩点的区别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）。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。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。转捩和分离的物理含义完全不同。第二章第二章 第第 页页7474压差阻力的产生压差阻力的产生 气流流过机翼后，在机翼的后缘部分产生附面

28、层分离形成涡流区，压强降低；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。使机翼产生压差阻力。第二章第二章 第第 页页7575分离点位置与压差阻力大小的关系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。分离点靠前，压差阻力大。分离点靠后，压差阻力小。分离点靠后，压差阻力小。ABCCBCCPPP第二章第二章 第第 页页7676影响压差阻力的因素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

29、关。迎风面积大，压差阻总的来说，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。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。压差阻力在飞机总阻力构成中所占比例较小。第二章第二章 第第 页页7777干扰阻力干扰阻力 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。为干扰阻力。第二章第二章

30、第第 页页7878干扰阻力的消除干扰阻力的消除干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。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。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。第二章第二章 第第 页页7979诱导阻力诱导阻力 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。的力，这就是诱导阻力。第二章第二章 第第 页页8080翼尖涡的形成翼尖涡的形成 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

31、，下翼面的气正常飞行时，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。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）这样形成的漩涡流称为翼尖涡。（注意旋转方向）第二章第二章 第第 页页8181 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。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。翼尖涡的形成翼尖涡的形成第二章第二章 第第

32、 页页8282翼尖涡的形成翼尖涡的形成 由于上、下翼面气流在后缘处具由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向，于是就形成旋涡，有不同的流向，于是就形成旋涡，并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后并在翼尖卷成翼尖涡，翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。流即形成翼尖涡流。第二章第二章 第第 页页8383翼尖涡形成的进一步分析翼尖涡形成的进一步分析注意旋转方向注意旋转方向第二章第二章 第第 页页8484翼尖涡的立体形态翼尖涡的立体形态第二章第二章 第第 页页8585翼尖涡的形态翼尖涡的形态第二章第二章 第第 页页8686下洗流（下洗流（DownWash）和下洗角）和下洗角 由于两个翼尖涡的存在，会导致在翼展范围内出

33、现一个向下的诱导速度场，称为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。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。第二章第二章 第第 页页8787下洗角下洗角 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。第二章第二章 第第 页页8888下洗速度沿翼展分布下洗速度沿翼展分布

34、不同平面形状的机翼，沿展向下洗速度的分布是不一样的。不同平面形状的机翼，沿展向下洗速度的分布是不一样的。第二章第二章 第第 页页8989诱导阻力的产生诱导阻力的产生 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）的分量较后者更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。流方向）的分量较后者更大。这一增加的阻力即为诱导阻力。LLD第二章第二章 第第 页页90

35、90影响诱导阻力的因素影响诱导阻力的因素机翼平面形状：机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。椭圆形机翼的诱导阻力最小。展弦比越大，诱导阻力越小展弦比越大，诱导阻力越小升力越大，诱导阻力越大升力越大，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翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章第二章 第第 页页9191低展弦比使翼尖涡变强，低展弦比使翼尖涡变强，诱导阻力增加。诱导阻力增加。高展弦比使翼尖涡减弱，高展弦比使翼尖涡减弱，诱导阻力变小。诱导阻力变小。展弦比对诱导阻力的影响展弦比对诱导阻力的影响第二章第二章 第第 页页9292展弦比

36、对诱导阻力的影响展弦比对诱导阻力的影响机翼展弦比倒数机翼展弦比倒数诱导阻力系数减少的百分比诱导阻力系数减少的百分比升力系数不变升力系数不变第二章第二章 第第 页页9393高展弦比飞机高展弦比飞机第二章第二章 第第 页页9494空速大小对诱导阻力大小的影响空速大小对诱导阻力大小的影响阻力阻力诱导阻力诱导阻力空速空速空速小，下洗空速小，下洗角大，诱导阻角大，诱导阻力大力大空速大，下洗空速大，下洗角小，诱导阻角小，诱导阻力小力小第二章第二章 第第 页页9595翼梢小翼翼梢小翼第二章第二章 第第 页页9696翼梢小翼可以减小诱导阻力翼梢小翼可以减小诱导阻力第二章第二章 第第 页页9797翼梢小翼可以减

37、小诱导阻力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。翼梢小翼改变了机翼沿展向分布的翼载荷。第二章第二章 第第 页页9898翼梢小翼可以减小总阻力翼梢小翼可以减小总阻力第二章第二章 第第 页页9999阻力公式阻力公式飞机的阻力系数飞机的阻力系数DC212V飞机的飞行动压飞机的飞行动压S机翼的面积。机翼的面积。212DDCvS第二章第二章 第第 页页100100回顾阻力组成回顾阻力组成摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction Drag)压差阻力压差阻力(Form Drag)干扰阻力干扰阻力(Interference Drag)诱导阻力诱导阻力(Induced Drag)废

38、阻力废阻力(Parasite Drag)第二章第二章 第第 页页101101阻力相关资料阻力相关资料典型飞机阻力构成典型飞机阻力构成阻力名称阻力名称亚音速运输机亚音速运输机超音速战斗机超音速战斗机单旋翼直升机单旋翼直升机摩擦阻力摩擦阻力45%23%25%诱导阻力诱导阻力40%29%25%干扰阻力干扰阻力7%6%40%激波阻力激波阻力3%35%5%其他阻力其他阻力5%7%5%第二章第二章 第第 页页102102总空气动力总空气动力 升力和阻力之和称为总空气动力。升力和阻力之和称为总空气动力。第二章第二章 第第 页页103103本章主要内容本章主要内容2.1 空气流动的描述空气流动的描述2.2 升

39、力升力2.3 阻力阻力2.4 增升装置的增升原理增升装置的增升原理2.5 增升装置的增升原理增升装置的增升原理第二章第二章 第第 页页105105迎角与速度的关系迎角与速度的关系速度速度迎角迎角 飞机的升力主要随飞行飞机的升力主要随飞行速度和迎角变化。在大速速度和迎角变化。在大速度飞行时，只要求较小迎度飞行时，只要求较小迎角，机翼就可以产生足够角，机翼就可以产生足够的升力维持飞行。在小速的升力维持飞行。在小速度飞行时，则要求较大的度飞行时，则要求较大的迎角，机翼才能产生足够迎角，机翼才能产生足够的升力来维持飞行。的升力来维持飞行。第二章第二章 第第 页页106106为什么要使用增升装置为什么要

40、使用增升装置 用增大迎角的方法来增大升力系数从而减小速度是有限的，飞机的迎角最多只能用增大迎角的方法来增大升力系数从而减小速度是有限的，飞机的迎角最多只能增大到临界迎角。因此，为了保证飞机在起飞和着陆时，仍能产生足够的升力，有必增大到临界迎角。因此，为了保证飞机在起飞和着陆时，仍能产生足够的升力，有必要在机翼上装设增大升力系数的装置。要在机翼上装设增大升力系数的装置。ljmaxLC 增升装置用于增大飞机的最增升装置用于增大飞机的最大升力系数，从而缩短飞机在大升力系数，从而缩短飞机在起飞着陆阶段的地面滑跑距离。起飞着陆阶段的地面滑跑距离。第二章第二章 第第 页页107107主要增升装置包括：主要

41、增升装置包括：前缘缝翼前缘缝翼后缘襟翼后缘襟翼 前缘襟翼前缘襟翼第二章第二章 第第 页页1081082.5.1 前缘缝翼前缘缝翼 前缘缝翼位于机翼前缘，在大迎角下打开前缘缝翼，可以延缓上表面的气流前缘缝翼位于机翼前缘，在大迎角下打开前缘缝翼，可以延缓上表面的气流分离，从而使最大升力系数和临界迎角增大。在中小迎角下打开前缘缝翼，会导分离，从而使最大升力系数和临界迎角增大。在中小迎角下打开前缘缝翼，会导致机翼升力性能变差。致机翼升力性能变差。第二章第二章 第第 页页109109前缘缝翼前缘缝翼 下翼面高压气流流过缝隙，贴近上翼面流动。一方面降低逆压梯度，延缓气流分下翼面高压气流流过缝隙，贴近上翼面

42、流动。一方面降低逆压梯度，延缓气流分离，增大最大升力系数和临界迎角。另一方面，减小了上下翼面的压强差，减小升离，增大最大升力系数和临界迎角。另一方面，减小了上下翼面的压强差，减小升力系数。力系数。第二章第二章 第第 页页110110前缘缝翼对压强分布的影响前缘缝翼对压强分布的影响 较大迎角下，使用前缘缝翼可以增加升力系数。较大迎角下，使用前缘缝翼可以增加升力系数。第二章第二章 第第 页页1111112.5.2 后缘襟翼后缘襟翼分裂襟翼分裂襟翼 （The Split Flap）简单襟翼简单襟翼 （The Plain Flap）开缝襟翼开缝襟翼 （The Slotted Flap）后退襟翼后退襟翼

43、 （The Fowler Flap）后退开缝襟翼后退开缝襟翼 （The Slotted Fowler Flap） 放下后缘襟翼，使升力系数和阻力系数同时增大。因此，在起飞时放小角度襟翼，放下后缘襟翼，使升力系数和阻力系数同时增大。因此，在起飞时放小角度襟翼，着陆时，放大角度襟翼。着陆时，放大角度襟翼。第二章第二章 第第 页页112112分裂襟翼分裂襟翼（The Split Flap） 分裂襟翼是一块从机翼后段下表面向下偏转而分裂出的翼面，它使升力系数分裂襟翼是一块从机翼后段下表面向下偏转而分裂出的翼面，它使升力系数和最大升力系数增加，但临界迎角减小。和最大升力系数增加，但临界迎角减小。第二章第

44、二章 第第 页页113113 放下分裂襟翼后，在机翼和襟翼之间的楔形区形成涡流，压强降低，吸引上表面放下分裂襟翼后，在机翼和襟翼之间的楔形区形成涡流，压强降低，吸引上表面气流流速增加，上下翼面压差增加，从而增大了升力系数，延缓了气流分离。气流流速增加，上下翼面压差增加，从而增大了升力系数，延缓了气流分离。 此外，放下分裂襟翼使得翼型弯此外，放下分裂襟翼使得翼型弯度增大，上下翼面压差增加，从而度增大，上下翼面压差增加，从而也增大了升力系数。也增大了升力系数。分裂襟翼分裂襟翼（The Split Flap）第二章第二章 第第 页页114114简单襟翼简单襟翼 （The Plain Flap） 简单襟翼与副翼形状相似。放下简单襟翼，增加机翼弯度，进而增大上下翼面简单襟翼与副翼形状相似。放下简单襟翼，增加机翼弯度，进而增大上下翼面压强差，增大升力系数。但是放简单襟翼使得压差阻力和诱导阻力增大，阻力比升压强差，增大升力系数。但是放简单襟翼使得压差阻力和诱导阻力增大，阻力比升力增大更多，使得升阻比降低。力增大更多，使得升阻比降低。第二章第二章 第第 页页115115 大迎角下放简单襟翼，升力系数及最大升力系数增加，阻力系数增加，升阻比大迎角下放简单襟翼，升力系数及最大升力系数增加，阻力系数增加，升阻比降低（即空气动力性能