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飞机升力与失速基本知识

时间:2022-03-22 12:15:05 航空培训 我要投稿

飞机升力与失速基本知识

  对于升力系数有一个非常明确的极限值。如果迎角太大或是弯度增加太多的话,流线就会被破坏并且流动从机翼上分离。分离剧烈地改变了上下表面的压力差,升力被大幅度降低,机翼处于失速状态。那么,下面是小编为大家整理的飞机升力与失速基本知识,欢迎大家阅读浏览。

飞机升力与失速基本知识

  升力的来源

  在机翼上,压力最高的点也就是所谓的驻点,在驻点处是空气与前缘相遇的地方。空气相对于机翼的速度减小到零,由伯努利定理知道这是压力最大的点。上翼面和下翼面的空气必须从这个点由静止加速离开。在一个迎角为零、完全对称的机翼上,从驻点开始,流经上下边面的气流速度是相同的,所以上下边面的压力变化也是完全相同的。这和在狭长截面的文氏管中的流动是相似的,在流速达到最大的点,其压力达到最低。在这个最低压力点之后,两个表面的流速同时降低。空气最终必定要回到主来流当中,压力也恢复正常。由于上下表面的速度和压力特性是相同的,所以这种状态的机翼不会产生升力。

  如果对称机翼相对来流旋转了一个迎角,驻点就会稍稍向前缘的下表面移动,并且流经上下表面的空气流动情况也发生了改变,流经上表面的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加速离开的过程,但是下表面的最高速度要小于表面的最高速度。

  在某些集合迎角为父的位置上,上下表面的平均压力是可能相等的,因此有弯度翼型存在一个零升迎角,这是翼型的气动力零点。尽管在这个迎角下没有产生升力,但由于翼型弯度的'存在,上下面的流动特征是不一样的。因此,尽管上下表面没有平均压力差,在翼表面上却会产生不平衡并导致俯仰力矩的产生,这个力矩在飞行器配平中非常重要。

  升力系数有一个非常明确的极限值。如果迎角太大或是弯度增加太多的话,流线就会被破坏并且流动从机翼上分离。分离剧烈地改变了上下表面的压力差,升力被大幅度降低,机翼处于失速状态。

  气流分离在小范围内是一种普遍现象。。在上表面,流动可能在后缘前某个地方就分离了,气流在上下表面都可能分离,但是有可能再附着。这就是所谓的“气泡分离”

  阻力和升阻比

  翼型阻力

  形状阻力(型阻)或压差阻力是由于气流的经过,物体周围压力分布不同而造成的阻力,而蒙皮摩擦阻力或粘性阻力是由于空气和飞行器表面接触产生的。将这些阻力分类是非常有用的,这些阻力很很显然是同时产生的。

  蒙皮摩阻和行阻之间的关系非常密切:一个会影响另外一个。举例来说,蒙皮摩阻很大程度上是由气流的速度决定的,而流向后方的流体的速度是由物体的外形来决定的。因此,特别是在考虑翼型时,型阻和摩阻通常放到一起考虑并用一个新的名词重新命名——翼型阻力,经常也称型面阻力。与诱导阻力相比,蒙皮摩阻和行阻都直接与速度的平方成正比。所以,当速度增加而诱导阻力减少时,型阻和蒙皮摩擦增加,反之亦然。

  涡阻力

  诱导阻力现在更多地被称为涡诱导阻力,简称涡阻力或涡阻。因为它是与从机翼翼尖或者任意表面拖出的涡联系在一起的,而这些涡产生了升力。涡的出现是直接跟升力联系在一起的:给定机翼的升力系数越高,涡的影响也越明显。

  总阻力

  飞行器在每个速度下的总阻力由总的涡阻力和所有其他的阻力组成。在涡阻力等于其他阻力和的地方,阻力达到最小值。由于在给定飞行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最大升阻比出现的位置。一个滑翔机的极曲线的形状与这条曲线密切相关,比如,用下沉速度比平飞速度而不是用总阻力系数比总升力系数。

  失速

  只要机翼产生的升力足够抵消飞行器的总载荷,飞行就会一直飞行。当升力急剧下降时,飞机就失速。

  记住,每次失速的直接原因是迎角过大。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飞机不会失速。

  在三种情况下会超过临界迎角:低速飞行、高速飞行和转弯飞行。

  飞机在平直飞行时如果飞得太慢也会失速。空速降低时,必须增加迎角来获得维持高速所需要的升力。空速越低,必须增加更大的迎角。最终,达到一个迎角,它会导致机翼不能产生足够的升力维持飞机,飞机开始下降。如果空速进一步降低,飞行就会失速,由于迎角已经超出临界迎角,机翼上的气流被打乱了(变成了紊流)。

  高速飞行中的失速

  展弦比

  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的壁纸。无人机在设计时需要根据任务需求选择展弦比。

  地面效应

  地面效应也称为翼地效应或翼面效应,是一种使飞行器诱导阻力减小,同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应。

  飞机失速怎么办

  飞机的升力由机翼在空气中运动产生,也就是说要有气流流过机翼才有可能产生升力。当大于一定速度的气流平滑地流过机翼时,会在机翼的上表面和下表面产生不同的压力,上下表面的压力之差就产生了升力。如果飞机的速度不够,机翼上下表面没有足够的压力差,也就产生不了足够的压力。这种情况就叫“失速”。

  除了速度之外,机翼的迎角,即机翼与气流方向的夹角也会对机翼的升力产生影响。一般来说,迎角越大,机翼所产生的升力也就越大。但是当机翼迎角大于一个临界值以后,机翼上表面的气流会发生严重分离。产生的升力也迅速降低,这同样被称为失速。

  失速对于飞机来说是非常危险的。一旦发生失速,飞机就会马上往下掉。这时飞行员可以通过压下机头以减小迎角,同时俯冲增加速度的方式来摆脱失速状态。一般的飞机都会尽量避免失速。不过也有一些飞机特别是战斗机会在一些特殊的情况下刻意进入失速状态。比如著名的俄罗斯苏-27战斗机的“眼镜蛇机动”,就是飞机在合适的高度和速度下,人为地进入失速状态,最后从失速状态中恢复。这个动作可以让飞机的速度瞬间从400千米/时降到100千米/时,甚至更低,以便在战斗中占据有利位置。