飛機(jī)升力和阻力

1、飛機(jī)的升力和阻力 總空氣動力總空氣動力 作用在飛機(jī)上的空氣動力總和作用在飛機(jī)上的空氣動力總和 壓力中心壓力中心 總空氣動力作用線與飛機(jī)縱軸的交點總空氣動力作用線與飛機(jī)縱軸的交點 升力升力 在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在垂直來流方向上的分量在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在垂直來流方向上的分量 阻力阻力 在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在平行來流方向上的分量在飛機(jī)對稱面內(nèi)，總空氣動力在平行來流方向上的分量 庫塔庫塔 - - 茹科夫斯基升力定理茹科夫斯基升力定理 空氣相對機(jī)翼流動時，空氣與飛機(jī)表面之間存在粘滯阻力。空氣相對機(jī)翼流動時，空氣與飛機(jī)表面之間存在粘滯阻力。 貼近機(jī)翼上表面的貼近機(jī)翼上表面的氣流速度較小

2、氣流速度較??；貼近機(jī)翼下表面的；貼近機(jī)翼下表面的氣流速度氣流速度較大較大，二者在機(jī)翼尾部匯合時產(chǎn)生渦流，二者在機(jī)翼尾部匯合時產(chǎn)生渦流起動渦流。起動渦流。 據(jù)角動量守恒定律，在渦流出現(xiàn)角動量的同時，必然同時出現(xiàn)據(jù)角動量守恒定律，在渦流出現(xiàn)角動量的同時，必然同時出現(xiàn)另一個角動量，它與渦流所產(chǎn)生角動量的方向相反。另一個角動量，它與渦流所產(chǎn)生角動量的方向相反。 這個角動量由圍繞機(jī)翼流動的這個角動量由圍繞機(jī)翼流動的“環(huán)流環(huán)流”產(chǎn)生。產(chǎn)生。 環(huán)流速度與原來速度疊加，導(dǎo)致上方流速大，下方流速小環(huán)流速度與原來速度疊加，導(dǎo)致上方流速大，下方流速小。機(jī)翼的升力機(jī)翼的升力伯努利定律：隨著流體流速的增加，其壓力減小。

3、在機(jī)翼上表面,流速快,壓力降低，產(chǎn)生吸力。在機(jī)翼下表面,流速慢,壓力增大，產(chǎn)生正壓力。凡是比大氣壓力低的叫吸力(負(fù)壓力)，凡是比大氣壓力高的叫壓力(正壓力)。 機(jī)翼升力的產(chǎn)機(jī)翼升力的產(chǎn)生主要是靠生主要是靠上表面上表面吸力的作用吸力的作用，而不而不是主要靠下表面的是主要靠下表面的壓力高于大氣壓的壓力高于大氣壓的情況下情況下，由由上表面上表面吸力所形成的升吸力所形成的升力力,一般占總升力一般占總升力的的60%到到80%左左右右。二、阻力1、摩擦阻力2、壓差阻力3、誘導(dǎo)阻力4、形狀阻力5、波阻（高速飛機(jī)）（一）摩擦阻力形成 附面層，就是指，空氣流過飛機(jī)時，貼近飛機(jī)表面、氣流速度由層外主流速度逐漸降低

4、為零的那一層空氣流動層。 附面層內(nèi)，氣流速度之所以越貼近飛機(jī)表面越慢，是由于這些流動空氣受到了飛機(jī)表面給它的向前的作用，這些被減慢的空氣，也必然要給飛機(jī)表面一個向后的反作用力，這就是飛機(jī)表面的摩擦阻力。一、摩擦阻力1、附面層2、附面層的分類： 附面層按其性質(zhì)不同，可分為：層流附面層和紊流附面層。 就機(jī)翼而言，一般在最大厚度以前的部份叫層流附面層。在這之后的部份是紊流附面層。 紊流附面層的摩擦阻力要比層流附面層的摩擦阻力大得多。因此紊流附面層的摩擦阻力要比層流附面層的摩擦阻力大得多。因此，盡可能在機(jī)翼上保持層流附面層盡可能在機(jī)翼上保持層流附面層，對于減小阻力是有利的。對于減小阻力是有利的。層流翼

5、層流翼型型，就是這樣設(shè)計的。就是這樣設(shè)計的。影響摩擦阻力的因素 摩擦阻力的大小取決于飛機(jī)浸潤面積、飛機(jī)表面的粗糙度及附面層的流動狀態(tài)。 紊流附面層的摩擦阻力較大，在飛行速度較高的飛機(jī)上多采用層流翼型。 使用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)，發(fā)動機(jī)推力直接用于飛行控制，飛機(jī)的尾翼可以減小或者去除，這樣就可以大大地減小摩擦阻力。二、二、壓差阻力壓差阻力 空氣流過機(jī)翼時空氣流過機(jī)翼時，在機(jī)翼前緣部分在機(jī)翼前緣部分，受機(jī)翼阻擋受機(jī)翼阻擋，流速減慢流速減慢，壓力壓力增大增大；在機(jī)翼后緣在機(jī)翼后緣，由于由于氣流分離氣流分離形成渦流區(qū)形成渦流區(qū)，壓力減小壓力減小。這樣這樣，機(jī)翼機(jī)翼前后便產(chǎn)生壓力差前后便產(chǎn)生壓力差，形成阻

6、力。機(jī)身、尾翼等飛機(jī)的其它部件都會產(chǎn)生形成阻力。機(jī)身、尾翼等飛機(jī)的其它部件都會產(chǎn)生壓差阻力。壓差阻力。（一）壓差阻力產(chǎn)生的原因物體在空氣中運(yùn)動時，在物體前后產(chǎn)生的壓強(qiáng)差引起的阻力。 在最低壓力點之前在最低壓力點之前，附面層內(nèi)的氣流雖受粘性摩擦的阻滯作用附面層內(nèi)的氣流雖受粘性摩擦的阻滯作用，使之沿途不使之沿途不斷減速斷減速，但在順氣壓的推動下但在順氣壓的推動下，其結(jié)果氣流仍能加速向后流去其結(jié)果氣流仍能加速向后流去。 在最低壓力點之后情況就不一樣了。附面層內(nèi)的氣流除了要克服粘性摩擦的在最低壓力點之后情況就不一樣了。附面層內(nèi)的氣流除了要克服粘性摩擦的陰滯作用外陰滯作用外，還要克服反壓的作用還要克服反

7、壓的作用，因此氣流速度迅速減小因此氣流速度迅速減小，到達(dá)某一位置到達(dá)某一位置，附附面層底層空氣就會完全停止下來面層底層空氣就會完全停止下來，速度降低為零速度降低為零，空氣再不能向后流動。空氣再不能向后流動。 在在分離點分離點之后之后,附面層底層空氣在反壓作用下開始向前倒流。于是附面層中附面層底層空氣在反壓作用下開始向前倒流。于是附面層中逆流而上的空氣與順流而下的空氣相頂碰逆流而上的空氣與順流而下的空氣相頂碰,就使附面層氣流脫離機(jī)翼表面就使附面層氣流脫離機(jī)翼表面，而卷而卷進(jìn)主流。這時進(jìn)主流。這時，就形成大量逆流和旋渦而形成氣流分離現(xiàn)象。就形成大量逆流和旋渦而形成氣流分離現(xiàn)象。1、為什么機(jī)翼后緣會

8、出現(xiàn)氣流分離 如果空氣流過機(jī)翼上下表面不產(chǎn)生氣流分離如果空氣流過機(jī)翼上下表面不產(chǎn)生氣流分離，則在機(jī)翼后部則在機(jī)翼后部，上下表面上下表面氣流重新匯合氣流重新匯合，流速和壓力都會恢復(fù)到與機(jī)翼前部相等。這樣流速和壓力都會恢復(fù)到與機(jī)翼前部相等。這樣,機(jī)翼前、后不機(jī)翼前、后不會出現(xiàn)壓力差而形成壓差阻力。會出現(xiàn)壓力差而形成壓差阻力。 事實上事實上，當(dāng)空氣流到機(jī)翼后部會產(chǎn)生氣流分離而形成渦流區(qū)。渦流區(qū)中當(dāng)空氣流到機(jī)翼后部會產(chǎn)生氣流分離而形成渦流區(qū)。渦流區(qū)中，由于產(chǎn)生了旋渦由于產(chǎn)生了旋渦,空氣迅速轉(zhuǎn)動空氣迅速轉(zhuǎn)動,一部分動能因摩擦而損耗一部分動能因摩擦而損耗，即使流速可以恢即使流速可以恢復(fù)到與機(jī)翼前部的流速相

9、等復(fù)到與機(jī)翼前部的流速相等，而壓力卻恢復(fù)不到原來的大小而壓力卻恢復(fù)不到原來的大小，比機(jī)翼前部的比機(jī)翼前部的壓力要小。壓力要小。2、為什么機(jī)翼后緣渦流區(qū)中壓力會有所減?。?、壓差阻力與物體的壓差阻力與物體的迎風(fēng)面積、形狀和物體在氣流中的相對位置迎風(fēng)面積、形狀和物體在氣流中的相對位置有很有很大關(guān)系。大關(guān)系。迎風(fēng)面積越大迎風(fēng)面積越大,壓差阻力越大壓差阻力越大。象水滴那樣的。象水滴那樣的，前端園鈍前端園鈍，后后面尖細(xì)的流線形物體面尖細(xì)的流線形物體,壓差阻力最小。壓差阻力最小。物體相對于氣流的角度越大物體相對于氣流的角度越大，壓壓差阻力越大差阻力越大。（二）影響壓差阻力的因素1、 渦流區(qū)的壓力與分離點處

10、氣流的壓力渦流區(qū)的壓力與分離點處氣流的壓力,其大小相差不多。這就是說其大小相差不多。這就是說：分分離點靠機(jī)翼后緣離點靠機(jī)翼后緣，渦流區(qū)的壓力比較大渦流區(qū)的壓力比較大；分離點離開機(jī)翼后緣越遠(yuǎn)分離點離開機(jī)翼后緣越遠(yuǎn)，渦流渦流區(qū)的壓力就越小。區(qū)的壓力就越小。3、機(jī)翼采用合適的安裝角和飛機(jī)在飛行中進(jìn)行配平，其目的就是減小壓差阻力提高經(jīng)濟(jì)性。三、誘導(dǎo)阻力 由于翼展的長度是有限的，所以上下翼面的壓強(qiáng)差使得氣流從下翼面繞過兩端翼尖，向上翼面流動，并在翼尖處不斷形成旋渦。 隨著飛機(jī)向前方飛行，旋渦就從翼尖向后方流動，產(chǎn)生下洗速，使相對氣流產(chǎn)生下洗角。（一）誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生 實際升力是和洗流方向垂直的。把實際升力

11、分解成垂直于飛行速度方向?qū)嶋H升力是和洗流方向垂直的。把實際升力分解成垂直于飛行速度方向和平等于飛行速度方向的兩個分力。垂直于飛行速度方向的分力和平等于飛行速度方向的兩個分力。垂直于飛行速度方向的分力，仍起著升仍起著升力的作用力的作用,這就是我們經(jīng)常使用的升力。平行這就是我們經(jīng)常使用的升力。平行于飛行速度方向的分力于飛行速度方向的分力，則起著則起著阻礙飛機(jī)前進(jìn)的作用阻礙飛機(jī)前進(jìn)的作用,成為一部份附加阻力成為一部份附加阻力，這一部分附加阻力稱為誘導(dǎo)阻力。這一部分附加阻力稱為誘導(dǎo)阻力。 誘導(dǎo)阻力的大小與機(jī)翼的升力和展弦比有很大關(guān)系。誘導(dǎo)阻力的大小與機(jī)翼的升力和展弦比有很大關(guān)系。升力越大升力越大，誘導(dǎo)

12、阻力越大。展弦比越大誘導(dǎo)阻力越大。展弦比越大，誘導(dǎo)阻力越小。誘導(dǎo)阻力越小。（二）影響誘導(dǎo)阻力的因素 為減小下洗的影響，可采取大的展弦比、橢圓形或梯形機(jī)翼及增設(shè)翼尖小翼等措施。 飛機(jī)的干擾阻力又包括機(jī)翼機(jī)身之間的干擾阻力，尾翼機(jī)身之間飛機(jī)的干擾阻力又包括機(jī)翼機(jī)身之間的干擾阻力，尾翼機(jī)身之間的干擾阻力以及機(jī)翼尾翼之間的干擾阻力等。的干擾阻力以及機(jī)翼尾翼之間的干擾阻力等。 飛機(jī)的各個部件，單獨(dú)放在氣流中所產(chǎn)生的阻力的總和并不等于、而是往往小于把它們組成一個整體時所產(chǎn)生的阻力。 干擾阻力是由于流經(jīng)飛機(jī)各部分之間的氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。四、干擾阻力（一）干擾阻力的產(chǎn)生 機(jī)翼機(jī)身干擾阻力的產(chǎn)生

13、機(jī)翼機(jī)身干擾阻力的產(chǎn)生 當(dāng)機(jī)翼和機(jī)身組合在一起時，機(jī)身的側(cè)面和機(jī)翼翼面之間之間形成一當(dāng)機(jī)翼和機(jī)身組合在一起時，機(jī)身的側(cè)面和機(jī)翼翼面之間之間形成一個橫截面積先收縮后擴(kuò)張的通道，低速氣流流過擴(kuò)張通道時，因逆壓梯度個橫截面積先收縮后擴(kuò)張的通道，低速氣流流過擴(kuò)張通道時，因逆壓梯度的作用使附面層產(chǎn)生嚴(yán)重的分離，出現(xiàn)額外的粘性壓差阻力。的作用使附面層產(chǎn)生嚴(yán)重的分離，出現(xiàn)額外的粘性壓差阻力。（二）減少干擾阻力的措施 確布局飛機(jī)各部件之間的相對位置、在各部件連接處加裝合適的“整流片”，是減小干擾阻力的有效措施。中單翼飛機(jī)的干擾阻力最小，下單翼最大，上單翼居中。低速飛機(jī)各種阻力隨飛行速度和迎角的變化情況廢阻隨速

14、度提高而增大。高速飛行時廢阻占主導(dǎo)地位。誘導(dǎo)阻力隨速度提高（迎角減小的過程）而減小。低速飛行時誘導(dǎo)阻力占主導(dǎo)地位。小迎角飛行時廢阻中的摩擦阻力占主導(dǎo)地位，大迎角飛行時壓差阻力占主導(dǎo)地位。 當(dāng)物體以音速或超音速運(yùn)動時，擾動波的傳播速度等于或小于飛機(jī)前當(dāng)物體以音速或超音速運(yùn)動時，擾動波的傳播速度等于或小于飛機(jī)前進(jìn)速度，這樣，后續(xù)時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起，形成較進(jìn)速度，這樣，后續(xù)時間的擾動就會同已有的擾動波疊加在一起，形成較強(qiáng)的波，空氣遭到強(qiáng)烈的壓縮、而形成了激波。強(qiáng)的波，空氣遭到強(qiáng)烈的壓縮、而形成了激波。五、波阻 氣流通過激波時，能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，由動能轉(zhuǎn)化為熱能。動能的消耗表示產(chǎn)生了新的阻力波阻。激波的分類： 按相對于飛行速度（或氣流速度）成垂直或成偏斜的狀態(tài)，有正按相對于飛行速度（或氣流速度）成垂直或成偏斜的狀態(tài)，有正激波和斜激波兩種不同的形狀。激波和斜激波兩種不同的形狀。 正激波的波阻要比斜激波大，斜激