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航空(kōng)知识手册之十(shí)一(yī):飞机升力与失速 升力的来源

 

升力的来源(yuán)

在机(jī)翼上,压力最高的点也就是(shì)所谓(wèi)的驻点,在驻点处(chù)是空气(qì)与前缘相遇的地方。空气相(xiàng)对于机翼的速度(dù)减小到零,由伯努(nǔ)利定理知(zhī)道这是压力最大(dà)的点。上翼(yì)面(miàn)和(hé)下翼面的(de)空(kōng)气(qì)必(bì)须从这个点由静止加速离开。在(zài)一个迎角为零、完全对称的机翼上,从驻点开始,流(liú)经上下边面的气流速度是(shì)相同的,所以上下边面的压力变化也是完全相(xiàng)同的。这和在狭长截面的文氏(shì)管中的(de)流动(dòng)是(shì)相似的,在流(liú)速达(dá)到最大的点,其压力达(dá)到最低。在这个最低压力点之(zhī)后,两个表面的流速(sù)同(tóng)时(shí)降低。空(kōng)气最终(zhōng)必定要回到(dào)主来流当中,压(yā)力也恢复正常(cháng)。由于上下表(biǎo)面的速度(dù)和压力(lì)特性是相同的,所以这种(zhǒng)状(zhuàng)态的(de)机翼(yì)不会(huì)产生(shēng)升力(lì)。

如果对称机翼相对来(lái)流旋转了一个迎角,驻点就会稍稍向前缘的下表面移动,并且流经上下表(biǎo)面(miàn)的空(kōng)气流动情况(kuàng)也发生了改变,流经上表面的(de)空气被迫(pò)夺走了一(yī)段距离,在上下表面,空气仍然有一个从(cóng)驻点加速离开的过程,但是下表面的最高速度要(yào)小(xiǎo)于(yú)表面的最高速度(dù)。

在某些集合迎角(jiǎo)为父的位置上,上下表面的平均压力是可能相(xiàng)等(děng)的,因(yīn)此有弯度翼型(xíng)存(cún)在一个零升迎角,这是(shì)翼型(xíng)的气动力零点。尽管在这个迎角(jiǎo)下(xià)没(méi)有(yǒu)产生升力,但(dàn)由于翼型弯度的存在,上(shàng)下(xià)面的流动特征是(shì)不一样的。因(yīn)此,尽管上(shàng)下表面没(méi)有(yǒu)平均压力(lì)差,在(zài)翼表面上(shàng)却会产生不(bú)平衡并导(dǎo)致俯仰(yǎng)力矩的产(chǎn)生(shēng),这个力(lì)矩在飞(fēi)行器配平中(zhōng)非常(cháng)重要。

升力(lì)系(xì)数有一个非常明确的极限值。如果(guǒ)迎角太大或(huò)是弯(wān)度增加太多的话,流线就(jiù)会被破坏并(bìng)且流动从机翼上分离。分(fèn)离剧烈地改变了上(shàng)下(xià)表面的(de)压力差,升力被大幅度降低(dī),机翼处于失(shī)速(sù)状态。

气流分离在(zài)小(xiǎo)范围(wéi)内是一种普遍现象。。在(zài)上表面,流动可能在后缘前某个地(dì)方(fāng)就分离了,气(qì)流(liú)在上下表面都可能分离,但是有可能再附着。这就(jiù)是(shì)所谓的“气泡分离”

阻力(lì)和升阻比

翼(yì)型阻力

形状阻力(型阻(zǔ))或(huò)压差(chà)阻力是(shì)由(yóu)于气流(liú)的经过,物体(tǐ)周围压力分布不同而造成的(de)阻力,而蒙皮摩(mó)擦阻力或粘性(xìng)阻力是由于空气(qì)和飞行器表面接触产生的(de)。将(jiāng)这些(xiē)阻力分类是非常有用的,这些(xiē)阻(zǔ)力很(hěn)很显然是同(tóng)时产生的。

蒙皮摩阻和(hé)行阻之间的关系非常密切:一个会影响另外一(yī)个(gè)。举(jǔ)例来说,蒙皮(pí)摩阻很大(dà)程度上是由气流(liú)的速度(dù)决定的,而流向(xiàng)后方(fāng)的流体的速度(dù)是由物体的外(wài)形来决定的(de)。因此,特别是在考虑翼型时,型(xíng)阻和摩阻通常放到一(yī)起考虑(lǜ)并用(yòng)一个新的名词重新命名——翼型阻(zǔ)力,经常也称型面阻力。与诱导阻力相比,蒙皮摩阻和行(háng)阻都直接与(yǔ)速(sù)度的平方成正比(bǐ)。所以(yǐ),当(dāng)速度增加而诱导阻力(lì)减少(shǎo)时,型阻和蒙皮摩擦增加(jiā),反之亦然。

涡阻力

诱导阻力现在更多地被(bèi)称为涡诱(yòu)导阻力,简称涡阻(zǔ)力或涡阻。因(yīn)为它是与从机翼翼尖(jiān)或者(zhě)任意(yì)表面拖出的涡联系在一起的,而(ér)这些涡产生了升(shēng)力。涡的(de)出(chū)现(xiàn)是直接跟升力联系在一起的:给(gěi)定机翼的升(shēng)力系(xì)数越高,涡的(de)影响(xiǎng)也越(yuè)明显(xiǎn)。

总阻力

飞行(háng)器在每个速度下(xià)的总阻力由总的(de)涡阻力(lì)和(hé)所有其他的阻力组成。在涡(wō)阻力等于其他阻力和的(de)地方,阻力达到最小值。由于在(zài)给(gěi)定飞行器质量的水(shuǐ)平飞行中,升力是个常数,在曲线上最小(xiǎo)阻(zǔ)力点处就是飞行(háng)器的最大升阻比出(chū)现的位置。一个滑翔机(jī)的极曲线的形状与这条曲线密切相关,比(bǐ)如(rú),用(yòng)下沉(chén)速度比平飞速(sù)度而(ér)不是用总阻力系(xì)数比(bǐ)总升力系数。

失速(sù)

只(zhī)要机翼(yì)产生的升力足够抵消飞行(háng)器的总(zǒng)载荷,飞行(háng)就(jiù)会一直飞行。当升力急剧下降(jiàng)时(shí),飞机就失速(sù)。

记(jì)住,每次(cì)失速的直接原因是迎角过(guò)大。有很(hěn)多飞(fēi)行机动(dòng)会增加飞机的迎(yíng)角,但是(shì)直(zhí)到迎角(jiǎo)过大(dà)之前飞机不会失(shī)速。

在三种(zhǒng)情况下会超过(guò)临界迎角:低速(sù)飞行、高速飞行和转弯(wān)飞行。

飞(fēi)机在平直飞行时如果飞(fēi)得太慢(màn)也会失速。空(kōng)速(sù)降低时,必须增加迎角来获得维(wéi)持高速所需(xū)要的升力(lì)。空速越低,必须增加更大的迎角(jiǎo)。最(zuì)终,达到(dào)一个迎角,它会导致机翼不(bú)能产生足够的升力维(wéi)持飞机,飞机开始下降。如果空(kōng)速进一步降(jiàng)低,飞(fēi)行就会失(shī)速(sù),由于迎(yíng)角(jiǎo)已经超出临界迎(yíng)角,机翼上的气流被打乱了(变成了(le)紊流)。

高速飞行中的失速

展弦比

展弦比,为飞机空(kōng)气动(dòng)力(lì)学的(de)专有名(míng)词,是翼展长度与平均气动弦长的壁纸。无(wú)人机在(zài)设计时(shí)需要根据任务需求选择展弦比。

地面效应

地面效应也称为翼地效(xiào)应或翼(yì)面效应,是一种使(shǐ)飞行器诱导阻力(lì)减小(xiǎo),同时能获得比空中(zhōng)飞行更高升阻比的流体(tǐ)力(lì)学效应。

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