升力和阻力是无(wú)人机的两个很重要(yào)的参数,是在(zài)与空气(qì)的相对运动中(相对(duì)气流)产生的。升力来源于机翼上(shàng)、下表面的气压差,此(cǐ)气(qì)压差是由(yóu)气流的速度导致的(de)。但机翼上、下表面(miàn)气流(liú)的(de)速(sù)度差的成因解释较为复杂,下面结合(hé)空气动(dòng)力特性(xìng)与基本规(guī)律(lǜ)(连续性定理、伯努利原理)介绍升力的产生。
(1)连续性定理。当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的流管(guǎn)时,在管道粗的地方流速比较慢,在管道(dào)细的地方流速比较(jiào)快。这是(shì)由于管(guǎn)中任何一(yī)部分的流体(tǐ)既不能中断也不(bú)能堆积,因(yīn)此在同一时间,流进任一截(jié)面(miàn)的流体质量和从另一截面流出的流体质量(liàng)应该(gāi)相等。这就是质量守恒(héng)定(dìng)律。
在单位时间内,流过任一截面的流体体积等于流体流过该截面的速度乘以该(gāi)截(jié)面的面(miàn)积,而(ér)体积与流体密度(dù)相乘,即为单位时间内(nèi)流(liú)过该截面的(de)流体质量。即:
m=pvA
式中 m——单位时间(jiān)内流过任(rèn)一截(jié)面的流(liú)体(tǐ)质量
P——流体密度,kg/m³
V——流体速度(dù),m/s
A——所取截面面积,m²。
p1v1A1=p2v2A2=常数
这就是质量方程或(huò)连续方程。它说明通过流管各截(jié)面的质(zhì)量流量(liàng)必须(xū)相等(děng)。对于不可压缩(suō)流(liú)体(tǐ),p1=p2=常数,上式变(biàn)为
v1A1=v2A2
可知,对于不可压缩流体来说,通过流管各横截(jié)面的(de)体积流量必(bì)须相等。上式表(biǎo)明,流(liú)体流速的快慢与(yǔ)管道截面的(de)大(dà)小成反比,这就是“连续性定理”。即流(liú)管横截面变小,平均流速(sù)将增大;反之,流管横截(jié)面变(biàn)大,平均流速将(jiāng)变小。日常所见的山谷里的风通常比(bǐ)开阔平(píng)原的风大;在河床浅(qiǎn)而窄的(de)地段,河(hé)水(shuǐ)流得(dé)比较快,在河床深而宽的地(dì)段(duàn),河水流得比较慢,就(jiù)是遵循了连续性定理。
(2)伯努利(lì)原理。伯努(nǔ)利原理是研究气流(liú)特性和空气动力之所(suǒ)以产生和变化的基本原理之一。1738年(nián),瑞士物(wù)理学(xué)家(jiā)丹尼尔·伯(bó)努利阐明了流体在(zài)流(liú)动中的(de)压力与速度之间的(de)关系,后来科学界(jiè)称(chēng)之为伯努(nǔ)利(lì)原理。即流(liú)体(tǐ)速度大的地方压力小,流速小的地(dì)方压力大,这就是流(liú)速(sù)与压力之(zhī)间的关系,也就是伯努利原(yuán)理的(de)基本定(dìng)义。例如,在(zài)两张(zhāng)纸片中间(jiān)吹(chuī)气(qì),两纸不是分开,而是(shì)相(xiàng)互靠拢。
伯努利原(yuán)理是能量(liàng)守恒定律在流体力学(空气流动过程)中的推广(guǎng)应用。在(zài)低速流动空气中,参与转换的能量有两种:动(dòng)能和压力(lì)能。气(qì)流一流动,就有(yǒu)动(dòng)能产生,流(liú)动(dòng)速度(dù)越大,动能越大。一定(dìng)质量的空气,具(jù)有一定的压(yā)力(即静压),静压(yā)越大,压力(lì)能越大。根据能量(liàng)守(shǒu)恒定律,气流稳定流过一(yī)条流管时,如果没有外界能量的加入,也就没有能量的损(sǔn)失(shī),气流流动过程中的总能量始终是不变的。即:动能+压力(lì)能=常量。
但是流体(tǐ)动能与压力(lì)能是可以互相转换的,当流速(sù)变小(xiǎo)时,动能减小,压力(lì)能却增大(dà),表现为(wéi)压强增大。流速增大时(shí),动能(néng)增加啊,压力(lì)能就要减小,表(biǎo)现为(wéi)压强减小。这就是流速减小,压强升高,流速增大,压强(qiáng)降低的根本原(yuán)因。
应当注意,以上定(dìng)理(lǐ)在下(xià)述条件下才成立。
1)气流是(shì)连续的、稳定的。
2)流动(dòng)中的空气与外界没有能量交换。
3)气流中没(méi)有摩擦,或摩擦(cā)很小,可以(yǐ)忽略不计(jì)。
4)空气的(de)密度没有变(biàn)化,或变化很小(xiǎo),可认为(wéi)不变。
(3)升(shēng)力的产生。综合连续性定理和伯努利原(yuán)理,可总结出(chū)如(rú)下结论:流管变(biàn)细的(de)地方(fāng),流速大,压力小(xiǎo);反之,流管变粗的地方,流速小,压力大。根据这一结论,就(jiù)可初步说明机翼上产生升力的原因了。
从空气动力(lì)角(jiǎo)度看(kàn),飞机的几何外形有(yǒu)机翼、机身和(hé)尾翼(yì)[分水平尾翼(简称平(píng)尾)和垂直尾翼(简(jiǎn)称立(lì)尾)]等只要部件共同(tóng)构成。飞机的升力绝大(dà)部(bù)分是由机翼产生,尾翼(yì)通常是(shì)产生负升(shēng)力,飞机其(qí)他部(bù)分产生的升(shēng)力(lì)很(hěn)小,一般不考虑。
空(kōng)气流(liú)到机翼前缘(yuán),分成上、下(xià)两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘(yuán)重新汇合向后(hòu)流去。机翼上表面(miàn)比较凸出,流管较(jiào)细,说明流速(sù)加快,压(yā)力降低。而机翼下表面,气流受阻挡作用,流管变粗,流(liú)速(sù)减慢(màn),压力增(zēng)大。这里就引用到了上述两个(gè)定理。于是机翼上、下表面出现(xiàn)了压力差,垂直于相(xiàng)对气流方向的压力差的总和(hé)就是机翼的升力(lì)。这样,重于空气的飞机借助机(jī)翼上获得的升力克服自(zì)身因地球引力形(xíng)成的(de)重力,从而翱翔在蓝天上了。
机翼升力(lì)的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压(yā)力的作用,一般机(jī)翼(yì)上表面形成的(de)吸力占总升力的60%~80%,下(xià)表面的正压形成的升(shēng)力只占总升力的(de)20%~40%。

咨询航(háng)拍服务可加昆明(míng)俊鹰无人(rén)机飞控手老鹰的微信laoyingfly |