翼型的阻力主要由两部分组成:摩擦阻力和压差阻力。 摩擦阻力又称表面阻力,是由于空气黏性作用产生;压差阻力又称形状阻力,是由于物体前后压力不同而产生。 摩擦阻力 在飞行中,空气贴着飞机表面流过,由于空气具有粘性,与飞机表面发生摩擦,产生了阻止飞机前进的摩擦阻力。 物体表面的光滑程度直接影响到气流的流动,所以减小摩擦阻力的主要办法是尽量把物体表面加工得光滑一些,以减少表面上各种凸起物阻碍气流流动。 压差阻力 主要决定于物体的形状,不过产生这种阻力的根本原因与空气黏性有关。相对气流流过机翼时,机翼前缘的气流受阻,流速减慢,压力增大;而机翼后缘气流分离,形成涡流区,压力减小。这样,机翼前后产生压力差形成阻力。这个阻力称为压差阻力。 用圆球举例,当气流流过圆球时,流动的情况如图a所示,圆球前后上下的压强分布相同,所以也没有压差阻力;只在空气有黏性时,气流流过圆球表面损失了一些能量,不能绕过圆球回到圆球的后面去,于是产生气流分离现象,如图b所示。这时圆球后面的气流形成涡流区,压强在圆球前面较低,于是前后压力差产生压差阻力。 很明显,要想减小压差阻力必须减少物体后面的涡流区,增大物体后面气流的压强,一般流线型的物体能很好地满足这一要求。气流流过良好流线型物体所产生的阻力只有圆球阻力的1/5左右。 如果机翼的展长是无限大,则机翼的气动特性如升力特性、阻力特性、力矩特性和翼型的相应特性没有区别。但实际上所有飞机的翼展都是有限的,这就带来机翼区别于翼型的三维效应。 机翼阻力主要分为摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。 诱导阻力 又称感应阻力,这是机翼所独有的一种阻力。因为这种阻力是伴随着机翼上升力的产生而产生的,因此可以说它是为了产生升力而付出的一种代价。 升力的产生来源于机翼上、下表面的压强差,即下表面的压强大于上表面。翼尖附近的气流在压差的作用下,下翼面的高压气流会绕过两端翼尖,向上翼面的低压区流去。这样既减小了升力,又产生了阻力,这就是诱导阻力。 整机阻力 飞机飞行中所受到的空气阻力,分成四大类。分别是摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力及诱导阻力,飞行阻力是这四种阻力的合成。 寄生阻力 波动阻力 若速度已到达穿音速或超音速时,除了寄生阻力及诱导阻力外,还会产生波动阻力。 寄生阻力与诱导阻力之间的关系 低速时由于飞机要维持升力,需要加大攻角,而诱导阻力也随之提高。当速度提高时,诱导阻力下降,由于物体和流体之间的相对速度提高,寄生阻力也随之提高。 摩擦阻力、压差阻力、寄生阻力与速度的平方成正比,诱导阻力则与速度的平方成反比。速度提高时,诱导阻力下降,其他阻力却随之上升,因此总阻力会在某一速度时出现最小值。 若飞机以此速度航行,其效率会等于或接近其最佳效率。不过若要使续航能力最大化,飞机的速度需保持在需输出功率最小的速度,此速度一般会比对应最小阻力的速度要小。 在最小阻力点,零升力阻力系数 (当升力为零时的阻力系数)会等于诱导阻力系数 。但在输出功率最小的速度,零升力阻力系数会是诱导阻力系数的三分之一。 机翼的阻力系数 机翼的阻力可以用下式来表示: 其中 诱导阻力系数: 式中: ——机翼的升力系数; ——机翼的展弦比。 从式中可看到,展弦比愈大诱导阻力便愈小。不过必须注意,用这个公式计算时,还要考虑到机翼的平面几何形状。 这个公式适用于椭圆形和梯形机翼,如为长方形加椭圆翼尖的机翼,诱导阻力比用这公式算出来的值大5%~10%,也就是说还应乘上1.05~1.10。 式中: |
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