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航空知识手册(cè)之十(shí)一(yī):飞机(jī)升力与失速(sù) 升力的来源

 

升力(lì)的来源

在机翼上,压(yā)力最高的(de)点也就是所(suǒ)谓的驻点,在驻(zhù)点处是空(kōng)气与(yǔ)前缘相遇的(de)地方。空气(qì)相对于(yú)机翼的速度减(jiǎn)小到零,由伯(bó)努利定(dìng)理知道这是压力最大的(de)点(diǎn)。上(shàng)翼面和下(xià)翼面的空(kōng)气必须从(cóng)这(zhè)个点由静止加速离开。在(zài)一个迎角为零、完全(quán)对称的机翼上,从(cóng)驻点开始,流经(jīng)上下边面的气流速度是相同的,所以上(shàng)下(xià)边面的压力(lì)变化也是完全相同(tóng)的。这和在狭长截面的文(wén)氏(shì)管中的(de)流动是相似的(de),在流速达(dá)到最大的(de)点,其压力达(dá)到最低。在这个最低压力(lì)点之后,两(liǎng)个(gè)表面的流速同时降低。空气最(zuì)终必定要回到主来流(liú)当(dāng)中,压(yā)力也恢复正(zhèng)常(cháng)。由于上下表(biǎo)面的速度(dù)和(hé)压(yā)力特性是相同的,所(suǒ)以这种状(zhuàng)态的机翼不会产(chǎn)生升力。

如果对称机(jī)翼相对来流旋转(zhuǎn)了一个迎角(jiǎo),驻点就会稍稍(shāo)向前缘的下表(biǎo)面移动,并且流经上下表面(miàn)的空气流动情况也发生了改变(biàn),流经上表面(miàn)的(de)空气被迫夺走了一段距离,在上下表面,空气仍然有一个从驻点(diǎn)加速离开(kāi)的过程(chéng),但是下表面的最高(gāo)速度要小于表面的最高速度。

在某些集(jí)合迎角为父的位置上,上下表面的(de)平均压力是可能相等的,因此有弯度翼(yì)型存在一个零升(shēng)迎角(jiǎo),这是翼型的气(qì)动力(lì)零(líng)点。尽管在(zài)这个迎角下(xià)没(méi)有(yǒu)产生升(shēng)力,但(dàn)由于(yú)翼(yì)型弯度(dù)的存(cún)在(zài),上下面(miàn)的流(liú)动(dòng)特征是不一样的。因此,尽管(guǎn)上下表面没有平均压(yā)力差,在翼表(biǎo)面上却会产生不平(píng)衡并(bìng)导致俯仰(yǎng)力(lì)矩(jǔ)的产(chǎn)生,这个力矩在飞(fēi)行器配平中(zhōng)非常重(chóng)要。

升力系数有一(yī)个非常明确的极限(xiàn)值(zhí)。如果迎角太大或是弯度增加太多的话,流线就会被破(pò)坏并且流动从机翼(yì)上分离。分离剧烈地改变了上下表(biǎo)面的压(yā)力差(chà),升力被大幅度(dù)降低,机翼处(chù)于失速状态。

气流分离(lí)在小(xiǎo)范围内是一种普遍现象。。在上表面,流动可能在后缘前某(mǒu)个地方就分(fèn)离了,气流在上下(xià)表面都可(kě)能分离,但是有可能(néng)再附(fù)着(zhe)。这就(jiù)是(shì)所谓的“气泡分离”

阻力(lì)和升阻比

翼型阻力

形(xíng)状阻力(型(xíng)阻)或(huò)压差阻力是(shì)由(yóu)于(yú)气流的经过,物体周围压(yā)力分布不同(tóng)而造成的阻力,而蒙皮摩擦(cā)阻力或粘性阻力是由于(yú)空(kōng)气(qì)和飞行(háng)器表面(miàn)接触产(chǎn)生的。将这(zhè)些阻(zǔ)力分(fèn)类是(shì)非常有用的,这(zhè)些阻(zǔ)力很很显然是同(tóng)时产生(shēng)的。

蒙(méng)皮摩(mó)阻和行阻之间的关系非常密切:一个会影响另外一(yī)个。举例来说,蒙皮(pí)摩阻很(hěn)大程(chéng)度上是由气(qì)流的速度决(jué)定的,而流(liú)向后方的流(liú)体的速度是由(yóu)物体的外形(xíng)来决定的。因(yīn)此,特别是在考虑翼型时,型阻和摩阻通常(cháng)放到一起考(kǎo)虑并用一个新的名词重新命名——翼型阻力(lì),经(jīng)常也称(chēng)型面阻力。与诱导阻力相(xiàng)比(bǐ),蒙皮摩阻和行阻(zǔ)都直接与速度的平方成正比。所以,当速度(dù)增加而(ér)诱(yòu)导阻力减少时,型阻和(hé)蒙皮摩擦增加,反之亦然。

涡阻力

诱导(dǎo)阻力现在更多地被称为涡诱导阻力,简(jiǎn)称涡(wō)阻力或(huò)涡阻。因为它是与从(cóng)机翼(yì)翼尖或者任意表面拖出的涡(wō)联(lián)系在(zài)一起的,而这些涡产生了升力。涡的出现是直(zhí)接跟升力联系在一起的:给定机翼的升(shēng)力系数越高,涡的影响也越明显(xiǎn)。

总阻力

飞行器在每个速度下的总(zǒng)阻力由总的涡(wō)阻力和所有(yǒu)其他的阻力组成。在(zài)涡阻力(lì)等于其(qí)他阻力和的地方,阻(zǔ)力达到(dào)最(zuì)小值。由于在(zài)给定飞行(háng)器质量的水平飞行中,升力是个常数,在曲线上最小阻力点处就是飞行器的(de)最大(dà)升(shēng)阻比出现的(de)位置。一(yī)个滑翔机(jī)的(de)极曲线(xiàn)的形(xíng)状与这条(tiáo)曲(qǔ)线密切(qiē)相关,比如,用下(xià)沉(chén)速度比平飞速度而不是用总阻力系数比总升力系数(shù)。

失速

只要机翼产生的升力足够抵消飞行(háng)器的总(zǒng)载荷,飞(fēi)行就(jiù)会一直飞行。当升力急剧(jù)下降时(shí),飞机就(jiù)失速。

记住(zhù),每次失速(sù)的直接原因是迎(yíng)角过大。有很多飞行机动会增加飞机的迎角,但是直到迎角过大之前(qián)飞机不会失速。

在三种情(qíng)况下会超过临界迎角:低速飞行、高速飞行(háng)和转弯飞行。

飞(fēi)机在平直飞行时如果(guǒ)飞得太慢也(yě)会失速。空速(sù)降低时,必须增加迎角来获得维持高速所需要的(de)升力。空速(sù)越低,必须增加更大的(de)迎角。最终,达到一个迎(yíng)角(jiǎo),它(tā)会导致(zhì)机翼不能产生足够(gòu)的升力维持飞机,飞机开(kāi)始下降。如(rú)果空速进一(yī)步(bù)降低,飞行就会(huì)失速,由(yóu)于迎角已(yǐ)经超(chāo)出临界迎角,机翼上的气流(liú)被打乱了(变成了紊流)。

高速飞行中的失(shī)速

展(zhǎn)弦(xián)比(bǐ)

展弦比,为飞机空气动力学的专有名词,是翼展长度与平均气动弦长(zhǎng)的壁纸。无人机在设计时需要根据(jù)任务需(xū)求选择展弦比。

地面效应

地面效应(yīng)也(yě)称为翼地效应或翼面效应(yīng),是(shì)一种使飞行器诱(yòu)导阻力减小,同时能获得比空(kōng)中飞(fēi)行更高升(shēng)阻比的流体力(lì)学效(xiào)应(yīng)。

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