后掠翼的空气动力特性一

.后掠翼的空气动力特性一后掠翼的空气动力特性一 介绍后掠翼的亚音速介绍后掠翼的亚音速 跨音速空气动力特性跨音速空气动力特性 后掠翼的亚音速后掠翼的亚音速跨音速空气动力特性跨音速空气动力特性后掠翼的亚音速和跨音速空气动力特性后掠翼的亚音速和跨音速空气动力特性 2/54.22 后掠翼的空气动力特性后掠翼的空气动力特性 目前高速飞机很多都是后掠翼。后掠翼与平直翼不目前高速飞机很多都是后掠翼。后掠翼与平直翼不同，其前缘与机体横轴并不平行，而具有大约同，其前缘与机体横轴并不平行，而具有大约3060的前缘后掠角。其气动特性也具有不同于平的前缘后掠角。其气动特性也具有不同于平直翼的特点，下面从亚音速、跨音速和超音速三个直翼的特点，下面从亚音速、跨音速和超音速三个方面讨论后掠翼的空气动力特性。方面讨论后掠翼的空气动力特性。.一、后掠翼的亚音速空气动力特性一、后掠翼的亚音速空气动力特性 (一一)空气流过后掠翼的情形空气流过后掠翼的情形 空气由前向后流过后掠翼，其流速空气由前向后流过后掠翼，其流速C同机翼同机翼前缘不垂直，可以分解成两个分速。一个是与前前缘不垂直，可以分解成两个分速。一个是与前缘垂直的垂直分速缘垂直的垂直分速 ，另一个是与前缘平行的平，另一个是与前缘平行的平行分速行分速 。如图如图3214所示。垂直分速所示。垂直分速 。和平行分速和平行分速 ，同前缘后掠角的关系是：，同前缘后掠角的关系是：.式中式中C为远前方来流速度，即飞行速度，为远前方来流速度，即飞行速度，X为机翼前缘为机翼前缘后掠角。从效果看，垂直分速后掠角。从效果看，垂直分速 与平行分速与平行分速 所起的作所起的作用不一样。因为机翼外表沿平行于前缘的方向没有弯曲，用不一样。因为机翼外表沿平行于前缘的方向没有弯曲，所以，空气在流过机翼外表的过程中，平行分速沿机翼所以，空气在流过机翼外表的过程中，平行分速沿机翼外表根本不发生变化，对机翼压强分布也不起什么作用。外表根本不发生变化，对机翼压强分布也不起什么作用。而垂直分速而垂直分速 那么沿途不断改变，好比空气以流速那么沿途不断改变，好比空气以流速 。流过一个平直翼一样，自然引起机翼沿翼弦方向的压。流过一个平直翼一样，自然引起机翼沿翼弦方向的压强分布发生变化。强分布发生变化。.可见，只有气流垂直分速可见，只有气流垂直分速 才对机翼压强分布起决才对机翼压强分布起决定性影响，所以，把垂直分速定性影响，所以，把垂直分速 称为有效分速。机称为有效分速。机翼后掠角越大，那么有效分速翼后掠角越大，那么有效分速 越小，机翼上下外越小，机翼上下外表各处的有效分速也越大；反之，机翼后掠角越大，表各处的有效分速也越大；反之，机翼后掠角越大，那么有效分速那么有效分速 越小，机翼上下外表各处的有效分越小，机翼上下外表各处的有效分速也越小。速也越小。空气流过后掠翼，既然平行分速空气流过后掠翼，既然平行分速 根本不变，根本不变，而垂直分速而垂直分速 不断变化，故不象流过平直翼那样径不断变化，故不象流过平直翼那样径直地向后流去，其流线会左右偏斜，如图直地向后流去，其流线会左右偏斜，如图715a所所示。空气从机翼远前方流近机翼前缘，有效分速受示。空气从机翼远前方流近机翼前缘，有效分速受到阻滞而越来越小到阻滞而越来越小(如图如图 中中)；平行分速那么；平行分速那么不受影响，保持不变不受影响，保持不变 。.这样一来，越接近前缘，气流速度不仅越来越慢，这样一来，越接近前缘，气流速度不仅越来越慢，而且方向也越来越向翼尖方向偏斜。经过前缘以后，而且方向也越来越向翼尖方向偏斜。经过前缘以后，空气在流向最低压力点空气在流向最低压力点(图中图中C点点)的途中，有效的途中，有效 分分速又逐渐加速又逐渐加 快快 ，平行分速仍保持不变，平行分速仍保持不变 ，所以，局部流速不仅逐渐加快，而且方向也从翼，所以，局部流速不仅逐渐加快，而且方向也从翼尖转向翼根。以后，又因有效分速逐渐减慢，气流尖转向翼根。以后，又因有效分速逐渐减慢，气流方向转向原来方向。于是，整个流线呈方向转向原来方向。于是，整个流线呈“S形弯曲，形弯曲，如图如图3215b所示。所示。.(二二)后掠翼的翼根效应和翼尖效应后掠翼的翼根效应和翼尖效应 空气流过后掠翼，由于流线左右偏斜，会影响空气流过后掠翼，由于流线左右偏斜，会影响机翼的压强分布，从而出现所谓机翼的压强分布，从而出现所谓“翼根效应和翼根效应和“翼尖效应。翼尖效应。参看图参看图3215b，在后掠翼翼根局部的上外，在后掠翼翼根局部的上外表前段，流线向外偏斜，流管扩张变粗；而在后表前段，流线向外偏斜，流管扩张变粗；而在后段，流线向内侧偏斜，流管收敛变细。段，流线向内侧偏斜，流管收敛变细。.在亚音速条件下，前段流管变粗，流速增加在亚音速条件下，前段流管变粗，流速增加较少，压强降低不多，即吸力减小；后段流较少，压强降低不多，即吸力减小；后段流管变细，流速加快，吸力增大。与此同时，管变细，流速加快，吸力增大。与此同时，因流管最细的位置后移，使最低压强点的位因流管最细的位置后移，使最低压强点的位置向后移动，如图置向后移动，如图3216所示。这种现象所示。这种现象称为翼根效应。称为翼根效应。.至于翼尖局部，情况与翼根相反。因翼尖外侧的至于翼尖局部，情况与翼根相反。因翼尖外侧的气流径直向后流去，而翼尖局部上外表前段流线向外气流径直向后流去，而翼尖局部上外表前段流线向外偏斜，故流管收敛变细，流速加快得多，压强减小得偏斜，故流管收敛变细，流速加快得多，压强减小得多，即吸力增大；在后段，因流线向内侧偏斜，故流多，即吸力增大；在后段，因流线向内侧偏斜，故流管扩张弯粗，流速减慢，吸力减小。与此同时，因流管扩张弯粗，流速减慢，吸力减小。与此同时，因流管最细的位置向前移，故最低压强点向前移动，如图管最细的位置向前移，故最低压强点向前移动，如图3216所示。这种现象称为翼尖效应。所示。这种现象称为翼尖效应。翼根效应和翼尖效应引起沿翼弦方向的压强分布翼根效应和翼尖效应引起沿翼弦方向的压强分布发生变化，但上外表的前段变化较多。所以，翼根效发生变化，但上外表的前段变化较多。所以，翼根效应使翼根局部的平均吸力减小，升力系数减小。翼尖应使翼根局部的平均吸力减小，升力系数减小。翼尖效应使翼尖局部的平均吸力增大，升力系数增大。后效应使翼尖局部的平均吸力增大，升力系数增大。后掠翼沿展向各剖面的升力系数分布如图掠翼沿展向各剖面的升力系数分布如图3217所示。所示。.通过以上分析可以看出，造成后掠翼亚音速空气动通过以上分析可以看出，造成后掠翼亚音速空气动力特性不同于一般平直翼的根本原因有两条；一是力特性不同于一般平直翼的根本原因有两条；一是由于后掠翼的空气动力主要取决于有效分速，而有由于后掠翼的空气动力主要取决于有效分速，而有效分速是小于气流速度的；二是由于空气流过后掠效分速是小于气流速度的；二是由于空气流过后掠翼，流线左右偏斜，形成翼根效应和翼尖效应，影翼，流线左右偏斜，形成翼根效应和翼尖效应，影响后掠翼的压强分布。这两点是分析后掠翼亚音速响后掠翼的压强分布。这两点是分析后掠翼亚音速空气动力特性的根本依据。空气动力特性的根本依据。.(三三)后掠翼的亚音速升力阻力特性后掠翼的亚音速升力阻力特性 设有一无限展长的平直翼，空气以速度设有一无限展长的平直翼，空气以速度 流流过机翼，如图过机翼，如图3218a所示。假设将此机翼向所示。假设将此机翼向后倾斜一个角度后倾斜一个角度 ，见图，见图3218b，那么气，那么气流在斜置机翼外表流动情况与前面分析后掠翼的流在斜置机翼外表流动情况与前面分析后掠翼的流动情况一样。下面来分析平直翼与后掠翼的空流动情况一样。下面来分析平直翼与后掠翼的空气动力系数的关系。气动力系数的关系。.由前面分析可知后掠幂静空气动力特性只取由前面分析可知后掠幂静空气动力特性只取决于垂直分速，而与平行分速无关。这样在相同决于垂直分速，而与平行分速无关。这样在相同迎角下，后掠翼要产生与平直翼的同等空气动力，迎角下，后掠翼要产生与平直翼的同等空气动力，必须是必须是式中式中 后掠翼升力系数后掠翼升力系数 平直翼升力系数平直翼升力系数 而而.所以所以 从上式可以看出后掠翼升力系数比平直翼的小。从上式可以看出后掠翼升力系数比平直翼的小。后掠翼的阻力系数也比平直翼的小。后掠翼的阻力系数也比平直翼的小。由由图图3-219看出看出 式中式中 后掠翼阻力；后掠翼阻力；由垂直分速引起的机翼翼型阻力，即由垂直分速引起的机翼翼型阻力，即气流以气流以 流过平直翼时的阻力流过平直翼时的阻力 。.所以所以 式中式中 分别为后掠翼和平直翼的阻力系分别为后掠翼和平直翼的阻力系数。因为数。因为 所以所以 .对后掠翼通常取来流对后掠翼通常取来流 与平行来流弦线的夹角为与平行来流弦线的夹角为仰角仰角 ,取法向分速取法向分速 与法向剖面弦线的夹角为与法向剖面弦线的夹角为 。由。由图图3-2-20可见可见 式中式中h为前缘比后缘高出量。为前缘比后缘高出量。b 和和 分别为分别为沿来流沿来流 方向和沿垂直分速方向和沿垂直分速 方向翼剖面的弦方向翼剖面的弦长。将长。将 除以除以 ，得，得所以所以 当仰角不大时，上式可改写为当仰角不大时，上式可改写为.根据上述可求得后掠翼升力系数斜率与平直翼升根据上述可求得后掠翼升力系数斜率与平直翼升力系数斜率的关系是力系数斜率的关系是 所以所以 根据上式，可由无限翼晨平直翼的升力系数根据上式，可由无限翼晨平直翼的升力系数 、阻力系数、阻力系数 ,升力系数斜率升力系数斜率 求得无限翼展后求得无限翼展后掠翼的升力系数掠翼的升力系数 。阻力系数。阻力系数 ，升力系数率，升力系数率 。.显然，当无限翼展后掠翼的显然，当无限翼展后掠翼的 、翼型及飞翼型及飞行高度与无限翼展平直翼的都相同时，后掠翼的行高度与无限翼展平直翼的都相同时，后掠翼的 、都比平直翼的小。因此，后掠翼的亚都比平直翼的小。因此，后掠翼的亚音速空气动力特性不如乎直翼的好。音速空气动力特性不如乎直翼的好。对于有限翼展后掠翼，除翼根和翼尖局部与无对于有限翼展后掠翼，除翼根和翼尖局部与无限翼展的有较大差异外，其余局部那么是十分接限翼展的有较大差异外，其余局部那么是十分接近的，所以近的，所以,将上述的关系式用来定性地分析后掠将上述的关系式用来定性地分析后掠角对机翼空气动力特性的影响角对机翼空气动力特性的影响,是有实际意义的。是有实际意义的。.图图3-2-21为一后掠角为一后掠角 的后掠翼和相同的后掠翼和相同展弦比的平直翼的升力系数曲线。由图看出，同展弦比的平直翼的升力系数曲线。由图看出，同一迎角下，后掠翼的升力系数比平直翼的小。一迎角下，后掠翼的升力系数比平直翼的小。图图3-2-22为各种不同后掠角的机翼的升力系为各种不同后掠角的机翼的升力系数斜率数斜率 随展弦比随展弦比 的变化曲线。的变化曲线。由图看出，由图看出，当展弦比一定时，后掠角增大，升力系数斜率减当展弦比一定时，后掠角增大，升力系数斜率减小。当后掠角一定时，展弦比减小，升力系数斜小。当后掠角一定时，展弦比减小，升力系数斜率也减小。这是由于展弦比减小时，翼尖涡流对率也减小。这是由于展弦比减小时，翼尖涡流对机翼上、下外表的均压作用增强的缘故。机翼上、下外表的均压作用增强的缘故。.(四四)后掠翼在大迎角下的失速特性后掠翼在大迎角下的失速特性 1、翼尖先失速、翼尖先失速 翼尖先失速的原因，有两方面。一方面，在翼尖先失速的原因，有两方面。一方面，在机翼上外表的翼根局部，因翼根效应，平均吸力机翼上外表的翼根局部，因翼根效应，平均吸力较小；在机翼上外表的翼尖局部，因翼尖效应，较小；在机翼上外表的翼尖局部，因翼尖效应，平均吸力较大。于是，沿翼展方向，从翼根到翼平均吸力较大。于是，沿翼展方向，从翼根到翼尖存在压力差。尖存在压力差。.这这个个压压力力差差促促使使附附面面层层内内的的空空气气向向翼翼尖尖方方向向流流动动，以以致致翼翼尖尖局局部部的的附附面面层层变变厚厚，动动能能损损失失较较多多，容容易易产产生生气气流流别别离