飞行空气动力学.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑飞行空气动力学 第三章 - 飞行空气动力学 飞行空气动力学介绍作用于飞机上的力的相互关系和由相关力产生的效应 作用于飞机的力 至少在某些方面，飞行中飞行员做的多好取决于筹划和对动力使用的协调以及为变更推力，阻力，升力和重力的飞行操纵才能飞行员务必操纵的是这些力之间的平衡对这些力和操纵他们的方法的理解越好，飞行员执行时的技能就更好 下面定义和平直飞行(未加速的飞行)相关的力 推力是由发动机或者螺旋桨产生的向前气力它和阻力相反作为一个通用规矩，纵轴上的力是成对作用的然而在后面的解释中也不总是这样的处境 阻力是向后的阻力，由机翼和机身以及其他突出的片面对气流的破坏而产生阻力和推力相反，和气流相对机身的方向并行 重力由机身自己的负荷，乘客，燃油，以及货物或者行礼组成由于地球引力导致重量向下压飞机和升力相反，它垂直向下地作用于飞机的重心位置 升力和向下的重力相反，它由作用于机翼的气滚动力学效果产生它垂直向上的作用于机翼的升力中心 在稳定的飞行中，这些相反作用的力的总和等于零在稳定直飞中没有不平衡的力(牛顿第三定律)。

无论水平飞行还是爬升或者下降这都是对的也不等于说四个力总是相等的这仅仅是说成对的反作用力大小相等，因此各自抵消对方的效果这点经常被忽略，而导致四个力之间的关系经常被错误的解释或表明例如，考虑下一页的图3－1在上一幅图中的推力，阻力，升力和重力四个力矢量大小相等象下一幅图显示的通常解释说明(不保证推力和阻力就不等于重力和升 力)推力等于阻力，升力等于重力务必理解这个根本正确的表述，否那么可能曲解确定要明白在直线的，水平的，非加速飞行状态中，相反作用的升力和重力是相等的，但是它们也大于相反作用的推力和阻力简而言之，非加速的飞行状态下是推力和阻力大小 相等，而不是说推力和阻力的大小和升力重力相等，根本上重力比推力更大务必强调的是，这是在稳定飞行中的力平衡关系总结如下： ? 向上力的总和等于向下力的总和 ? 向前力的总和等于向后力的总和 对旧的“推力等于阻力，升力等于重力”公式的提炼考虑了这样的事实，在爬升中，推力的一片面方向向上，表现为升力，重力的一片面方向向后，表现为阻力在滑翔中，重力矢量的一片面方向向前，因此表现为推力换句话说，在飞机航迹不水平的任何时刻，升力，重力，推力和阻力每一个都会分解为两个分力。

如图3－2 对前面概念的议论在航空学课本或者手册中经常被疏忽理由不是由于他们不重要，而是由于由于疏忽这个议论，谈到作用于飞行中飞机的航空动力学作用力的主要思想就可以用最根本的要素来表达，而不用考虑航空动力学者的专业性就事实而言，仅仅考虑水平飞行和稳定状态中的正常爬升和下降，机翼升力切实是重要的向上的力而重力是重要的向下的力的表述依旧是正确的 经常的，在解释作用于飞机的力时遇到的大量困难在很大程度上是语言和其含义的问题例如，飞行员长期认为在飞机爬上是由于升力大于重力假设他仅仅根据机翼升力考虑的话这是不对的然而，假设考虑全体向上力的合力导致升力大于重力，那么这就是对的但是当提到“升力推力和重力阻力”时，为这些力确立的前面的定义就不再有效，使问题变的繁杂语言表述的如此不严密为大量的讨论供给了借口，这些讨论集中于根本原理的精练 尽管已经定义了作用于飞机上的力，飞行员如何使用他们来举行受控的飞行就需要对他们举行深入细致的议论 推力 飞机开头移动前，务必施加推力飞机持续移动，速度增加，直到推力和阻力相等为了维持恒定的空速，就像升力和重力务必保持相等以维持稳定的飞行高度一样，推力和阻力务必保持相等。

假设在平直飞行中，引擎功率降低，推力就会下降，飞机速度就减慢只要推力小于阻力，飞机就会一向减速，知道它的空速缺乏以支持飞行 同样的，假设引擎的动力增加，推力比阻力大，空速就增加只要推力一向比阻力大，飞机就一向加速当阻力等于推力时，飞机飞行在恒定的空速 平直飞行可以维持的速度可以很慢也可以很快假设飞机要保持水平飞行，飞行员务必在全体飞行状态协调迎角和推力概略的，这些飞行状态可以按类分为三组，低速飞行，巡航飞行和高速飞行 在低空速时，要维持升力和重力的平衡，迎角务必相对较高以增加升力如图3-3， 假设推力降低空速增加，升力变得小于重力，飞机就会开头下降要维持水平飞行，飞行员可以增加确定量的迎角，它会再次让升力等于飞机的重力，而飞机遇飞的更慢点，假设飞行员适当的协调了推力和迎角也可以保持水平飞行 低速状态的平直飞行供给了需要关注的和力平衡有关的条件，由于飞机处于高机头的容貌，有一个垂直的推力分量扶助支持飞机首先，可以预期机翼载荷趋于裁减大多数飞行员知道相比发动机中断时飞机在有动力时速度较低会失速，螺旋桨引起的气流通过机翼时也会恶化这种处境然而，假设分析仅仅限于通常定义的这四个力，你可以说，平直低速飞行时推力等于阻力，升力等于重力。

在平直飞行中，推力增加时，空速增加，务必要降低迎角假设协调好了变化，飞机依旧保持平直飞行，但是推力和迎角之间建立了适合的关系后飞行速度会变高 假设推力增加时迎角没有降低，飞机遇爬升但是降低迎角可以修正升力，保持它等于重力，假设做的恰好，飞机依旧保持平飞微弱的负迎角甚至可以展现在分外高速度的平直飞行中那么就很明显，可以以失速迎角和高速时的相对较小负迎角之间的任意迎角举行平飞 阻力 飞行中的阻力有两个根本类型：寄生阻力和诱导阻力第一个称为寄生的是由于它永远对飞行的扶助是无用的，其次个是由机翼产生升力的结果所导致的寄生阻力有两个根本元素：形阻力，来自机身对气流的破坏，另外就是外壳的摩擦阻力 对于寄生阻力的两个因素，在设计飞机时轻易降低形阻力一般的，一个物体越是流线型的就越轻易降低寄生阻力的形阻力 外壳摩擦力是最难降低的寄生阻力类型没有完全光滑的外观甚至是机械加工的外观，通过放大来检测的话，依旧可以看到粗糙的不平坦的外观这种粗糙的 外观会使外观的空气流线型弯曲，对平滑气流产生阻力通过使用光滑的磨平的外观，和去掉突出的铆钉头，粗糙和其他的不规矩物来最小化外壳摩擦力。

设计飞机时务必要增加另一个对寄生阻力的考虑这个阻力复合了形阻力效应和外壳摩擦，称为所谓的干扰阻力假设两个物体靠近放置，产生的合成紊乱会比单个测试时大50％到200％ 形阻力，外壳摩擦力和干扰阻力这三个阻力都要被计算以确定一个飞机的寄生阻力 寄生阻力中一个物体的形状是一个很大的因素然而，说道寄生阻力时指示空速也是一个同样重要的因素一个物体的形状阻力保持在一个相对气流固定的位置，大约以速度的平方成正比增加；这样，空速增加为原来的两倍，那么阻力就会变成原来的四倍，空速增加为三倍的话阻力也就增加为九倍但是，这个关系只在相当的低音速时维持很好在某些更高速度，形状阻力的增加会随速度而变的突然很快 其次个根本的阻力类型是诱导阻力以机械运动方式工作的系统没有一个可以达成100%的效率，这是一个确定的物理事实这就意味着无论什么特性的系统，总是以系统中消耗某些额外的功来获得需要的功系统越高效，损失就越小 在平飞过程中，机翼的空气动力学特性产生要求的升力，但是这只能通过某种代价才能获得这种代价的名字就叫诱导阻力诱导阻力是内在的，在机翼产生升力的任何时刻，而事实上，这种阻力是升力的产物中不成分开的。

继而，只要有升力就会有这种力 机翼通过利用三种气流的能量产生升力无论什么时候机翼产生升力，机翼下外观的压力总是大于机翼上外观的压力结果，机翼下方的高压区空气有向机翼上方的低压去滚动的趋势在机翼的翼尖邻近，这些压力有区域相等的趋势，产生一个从下外观到机翼上外观的向外的侧面气流这个侧向气流赋予翼尖的空气和机翼后面的尾流一个旋转速度因此，翼尖的气流会变成随着机翼运动的两个涡流轨迹 从尾部看飞机时，右边翼尖的涡流逆时针旋转，而左边翼尖的涡流顺时针旋转如图3－4 — 7 —。