M8笔记

低亚音速飞机机翼采用的翼型如图所示它是前缘圈后缘尖具有一定弯度的不对称的双凸形翼型相对厚度约为毛最大厚度的位置为左右对称翼型的弯度为零中弧线与弦线重合一般用于尾翼随着飞行速度的提高翼型的相对厚度逐渐减小最大厚度的位置逐渐向后移目前民用运输机机翼翼型的相对厚度约为最大厚度的位置约为毛低速飞机机翼采用的翼型弯度较大相对弯度约为奋最大弯度位置靠前随着飞行速度的提高翼型的弯度也逐渐减小离速飞机为减小阻力大多采用弯度为零的对称翼型现代民用运输机一般采用大展弦比机翼到随着飞行速度的提高展弦比将逐渐减小后掠角沿机翼展向等百分比弦线点连线与垂直机身中心线的直线之间的夹角叫后掠角用符号来表示见图一飞机说明书中给出的常有机翼前缘后掠角用表示机翼弦线点连线后掠角用表示现代民用运输机机翼的后掠角大约在度左右安装角机翼弦线与机身中心线之间的夹角叫安装角安装角的大小应按照飞机最重视的飞行姿态来确定以巡航姿态为主的运输机考虑到减小阻力安装角一般取度左右机翼的安装角和上反角都是影响飞机飞行性能的重要结构参数通过调整外撑杆的长度加大安装角叫内洗通过调整外撑杆的长度减小安装角叫外洗纵向上反角机翼安装角与水平尾翼安装角之差叫纵向上反角飞机飞行时作用在飞机各部件上的空气动力的合力叫做飞机的总空气动力用表示总空气动力的作用点叫压力中心总空气动力在垂直来流方向上的分量叫升力用表示在平行来流方向上的分量叫阻力用表示在机翼的前缘有一点气流速度减小到零正压达到最大值此点称为驻点机翼上表面有一点气流速度最大负压达到最大值称为最低压力点在低速飞行中飞机的阻力主要有摩擦阻力压差阻力干扰阻力和诱导阻力其中前三个阻力与飞机的升力无关主要是由于空气的粘性引起也统称为废阻力紊流附面层除了厚度要比层流附丽层的厚在紊流附面层的底部气流的横向速度梯度也要比层流附丽层大得多这说明在紊流附面层的底层机体表团对气流的阻滞作用要比层流附面层大得多在涡流区内由于空气不停地迅速地旋转使气流的动能因为摩擦而损耗气流的压力也就下降了摩擦阻力的大小除了与附丽层内气流的流动状态有关外还与机体与气流接触的面积机体的外露面积大小以及机体表面状态有关机体与气流接触的面积越大机体表面越粗糙摩擦阻力就越大层流翼型的特点是前缘半径小最大厚度靠后气流流过这种翼型时压力分布比较平坦最低压力点位置后移顶压流动区域的扩大有利于在大范围内保持层流附面层减小附面层增厚的趋势延缓转换在一定的迎角范围内减小摩擦阻力在机翼表面安装一些气动装置不断向附面层输入能量结构上也可以采取对附面层进行吸或吹的措施加大附面层内气流的流动速度减小附面层的厚度使附面层保持层流状态保持机体表面的光滑清洁要尽量减小机体与气流的接触面积气流流过飞机时在机体前后压力差形成的阻力就叫做压差阻力在不改变物体迎风面积的情况下将物体做成前头圈钝后面尖细的流线型可以大大减小物体的压差阻力压差阻力不仅与物体的迎风面积物体的形状有关还与物体相对气流的位置迎角的大小有关尽最减小飞机机体的迎风面积暴露在空气中的机体各部件外形应采用流线型飞行时除了起气动作用的部件外其他机体部件的轴线应尽量与气流方向平行民用运输机机翼采用一定的安装角就是为了使飞机巡航飞行时机翼产生所需要升力的同时机身轴线保持与来流平行减小压差阻力干扰阻力是流过机体各部件的气流在部件结合处互相干扰而产生的阻力适当安排各部件之间的相对位置对于机翼和机身之间的干扰阻力来说中单翼干扰阻力最小下单翼最大上单翼居中在部件结合部位安装整流罩使结合部位较为光滑减小流管的收缩和扩张诱导阻力是伴随升力而产生的一种阻力但使机翼下表面气流的流线由翼根向翼梢偏斜使机翼上表面气流的流线由翼梢向翼根偏斜而且在机翼的翼梢部位形成了由下向上旋转的翼梢旋涡由于翼梢旋涡的作用机翼上下表面的气流在向后流动的同时出现了向下流动的趋势这种垂直气流方向向下的流动称为下洗向下流动的速度称为下洗速度采用诱导阻力较小的机翼平面形状椭圆平图形状的机翼诱导阻力最小其次是梯形机翼矩形机翼的诱导阻力最大加大机翼的展弦比也可以减小诱导阻力无论是椭圆形机翼还是大展弦比机翼都使机翼翼梢部位的面积在机翼总面积中所占比例下降从而减小诱导阻力在得到相同升力的情况下飞机飞行速度越小所需要的迎角越大迎角的增加会使上下翼丽气流的流速相差较大压力差加大翼梢旋涡随之加强诱导阻力也就增加了所以低速飞机大多采用大展弦比的机翼来减小诱导阻力在机翼安装翼梢小翼在诱导阻力曲线和废阻力曲线相交点总阻力最小此时的飞行速度称为有利飞行速度小迎角飞行时附面层的分离点靠后机翼后缘的涡流区很小压差阻力较小主要的废阻力是附面层里的摩擦阻力随着迎角的增大附商层的分离点逐渐前移涡流区逐渐扩大压差阻力逐渐在废阻力中占了主导地位飞机的升力和阻力都与空气的密度成正比与飞机飞行速度的平方成正比与机翼的面积成正比随着飞机飞行速度的提高获得飞行所需升力巳不成问题主要的矛盾又转化为如何减小阻力提高飞行速度所以随着飞机飞行速度的提高飞机机翼的面积逐渐减小超音速飞机的机翼面积就很小了相对厚度较大最大厚度位景靠前的翼型可以使流过上翼面的气流迅速加速压力下降产生较大的气动吸力因此可以得到较大的升力系数加大翼型的弯度适当地将最大弯度位置前移同样可以提高最大升力系数低速飞机机翼多采用这样的翼缀但增加翼型厚度和弯度也会使阻力系数加大从而增加飞机的飞行阻力所以高速飞机都采用相对厚度较小最大厚度位置靠后的薄翼型或相对弯度为零的对称薄翼型升力为零时对应的阻力系数叫做零升阻力系数用表示在升阻比达到最大值的状态下飞行是最有利的因为这时产生相同的升力阻力最小飞行效率最高所以升阻比也叫做气动效率飞机的临界迎角一般为度左右前面已经讲述过机翼压力中心是作用在机翼上的气动力合力的作用点见图机翼的焦点则是迎角改变时机翼气功升力增量的作用点机翼焦点及焦点位置对研究飞机的稳定性和操纵性有着重要的意义因为机翼焦点的位置不随迎角的变化而改变所以在研究由于迎角改变机翼气动升力变化对飞机稳定性及操纵性影响时就可以在原有气动力大小和位置不变的情况下只将气动升力的增量作用到焦点上也就是只研究作用在焦点上的气动升力增量对飞机稳定性和操纵性的影响就可以了超音速气流是通过激波压缩减速通过膨胀波膨胀加速的由于局部激波后面气流的压力高于激波前面气流的压力形成了很大的逆压梯度引起了附面层的分离这就叫做激波诱导附面层分离从图中可以看到从临开始随着数的增加升力系数是先升高后急剧下降然后略有上升又再次下降呈现出剧烈的上下震荡阻力系数则是随着数的增加而迅速增大当飞行接近时达到最大然后又有所下降当临时焦点的位置约为左右并基本保持不变从临开始随着数的提高焦点的位置先是略向后移然后向前移最后又再次向后移移到附近就基本保持不动了飞机大迎角失速是由于迎角过大达到临界迎角造成的出现在大迎角飞行时飞机的激波失速是由于飞行速度过大超过临界速度造成的出现在大速度飞行时高速飞机的机翼应采用相对厚度比较小即比较扁平的最大厚度点位置向后移大约为的薄翼型所以层流翼型比较适合高亚音速飞行是高亚音速飞机采用较多的翼型超临界翼型有较大的前缘半径上翼面比较平坦后部略向下弯因为上翼面比较平坦气流加速比较缓慢所以它的临界马赫数比较大一旦出现局部超音速区超音速气流的膨胀加速也比较平缓这就使得局部激波强度大大降低并且局部激波的位置靠后可以缓和激波诱导的附顶层分离从而大大减小跨音速激波的阻力超音速飞机的机翼翼型应该采用前缘尖削相对厚度更小即更薄的翼型超音速飞行时在尖削的前缘会形成斜激波有利于减小波阻翼型相对厚度的减小也会使波阻大大减小图中的菱形翼型减小波阻的效果最好采用后掠机翼可以提高飞机的临界马赫数并可以减小波阻后掠角越大提高临界马赫数的效果越明显度时临界马赫数大约可提高能起到减小波阻作用的后掠机翼后掠角都比较大一般在之间后掠机翼的低速特性不好低速特性不如平直机翼好起飞和着陆的速度大滑跑距离长后掠机翼的失速特性不好由于机翼具有一定的后掠角翼梢部位的附面层分离后而翼根部位的附面层还没有分离就会使机翼压力中心前移造成机头自动上仰迎角增大附面层进一步分离最后导致飞机大迎角失速大大降低了副冀的操纵效率后掠机翼结构的受力形式不好高亚音速民用运输机采用的后掠机翼的后掠角不会太大一般都在度左右主要是用来提高临界马赫数当机翼展弦比时飞机的临界马赫数可以得到较大的提高跨音速飞行急剧增加的阻力也可以得到减缓在低速飞行时它的诱导阻力大涡流发生器是利用旋涡从外部气流中将能量带进附面层加快附顶层内气流流动防止气流分离的装置它的构造是一种低展弦比小翼段涡流发生器可以安装在低速飞机的气动力面上起到防止附面层分离和增升的效果也可以用在高亚音速和跨音速飞机上防止或减弱激波诱导的附面层分离推迟波阻的急剧增加和减缓波阻增加的趋势改善飞机的跨音速空气动力特性最大平飞速度飞最大最大平飞速度一般是指在发动机满油门状态下飞机做水平直线飞行时所能达到的最高稳定平飞速度也有的规定在其他油门状态下比如额定油门状态下所能达到的最高稳定平飞速度定为最大平飞速度飞机的最大平飞速度也就不同随着高度的增加最大平飞速度逐渐减小最小平飞速度不但受到最大升力系数的限制也和发动机的可用推力有关随着高度的增加飞机的最小平飞速度将增大为了研究飞机结构的强度以飞行速度和载荷系数为坐标用最大飞行速度最大正过裁和最大负过载为边界画出的就是速度过载包线巡航速度是指每千米耗油量最小的飞行速度即达到最大航程对应的飞行速度航程是指飞机在无风和不加油的条件下连续飞行耗尽可用燃油时飞行的水平距离航时是指飞机耗尽可用燃油时能持续飞行的时间飞机起飞的主要性能是指起飞滑跑距离离地速度和起飞距离等着陆包括下滑拉平平飞减速飘落触地和着陆滑跑五个阶段水平转弯首先要操纵副翼应向后搬驾驶杆加大发动机推力操纵飞机水平转弯时还要蹬舵或利用上偏副翼一侧扰流板产生的阻力使机头对准气流防止产生侧滑气流从转弯飞机的内侧吹来叫内侧滑从外侧吹来叫外侧滑所以为使飞机进行不带侧滑的正常水平转弯需要对副翼升降舵和方向舵进行协调操纵另外还要配合发动机的油门操纵以保持合适的推力当爬升率等于零时飞机上升的高度叫做理论升限但实际规定当爬升率小于某一规定值时飞机所达到的高度就叫做升限实用升限其中是升阻比升阻比越大下降时的下滑角就越小在下降高度一定时下降的距离就越长在零推力状态下下滑角和下滑距离与飞机的重力无关改变机翼剖面形状加大翼型的弯度加大机翼弯度可以使上翼面气流的流速加快增大上翼面的负压值从而提高升力系数但加大机翼弯度也会增加压差阻力并减小临界迎角值控制机翼上的附面层推迟气流分离控制附面层就是利用气动力表面的一些气动装置不断将功能输入附面层内或吸取吹除附面层这些方法都可以加速附面层内气流的流动减小附面层的厚度推迟附面层分离这种增升原理的主要作用是提高临界迎角值防止飞机在大迎角的情况下失速其次还可以提高升力系数后退开缝式襟翼这种襟翼也称为富勒襟翼起飞时使用后缘襟翼放不的角度较小约为度左右而着陆时使用后缘襟翼放下的角度较大约为度左右第一个是提高临界迎角降低飞机失速速度第二个是提高最大升力系数放出时先打开前缘缝翼到一定角度再打开后缘襟翼收回时先收回后缘襟翼再收回前缘缝翼规定当飞机向左偏航时为正飞机向右滚转时角为正规定投影线在纵轴下方时角为正规定空速向量偏向右侧角为正对飞机纵向力矩起主要作用的是机翼水平尾翼的气动升力和发动机的推力机翼的压力中心在飞机童心之后机翼上的气动升力对飞机产生使机头向下的俯仰力矩水平尾翼上的气动升力向下作用对飞机产生使机头向上的俯仰力矩在脚时机翼的焦点位置基本保持不变和机翼焦点的性质一样低速飞行时全机焦点的位置也保持不变全机焦点位于重心之后飞机是纵向静稳定的对于民用飞机这个距离大约为平均空气动力弦长的与握杆飞行相比松杆飞行时全机焦点的位置前移了影响飞机实用童心的位置的因素货物的装载情况乘客的位置燃油的数量及消耗情况以及飞机的构型等等都会影响飞机实用重心的位置影响飞机焦点位置的因素飞行数超音速时焦点后移水平尾翼升降舵的偏转角和水平安定面的配平角飞机构型襟翼缝翼起落架等的位置纵向操纵系统的安装间隙和弹性间隙俯仰阻尼力矩主要由水平尾翼产生部规定在主操纵处于松浮状态或固定状态时在相应于飞机形态的失速速度与最大允许速度之间产生的任何短周期振荡必须受到重阻尼主要是从飞机纵向平衡和纵向操纵性能的要求对飞机重心最靠前的位置进行了限制设定了重心前限主要是从飞机的纵向静稳定性和操纵灵敏度的要求对飞机重心最靠后的位置进行了限制设定了重心后限侧滑角引起的滚转力矩和偏航力矩是扰动消失后使飞机恢复原飞行姿态的力矩是静稳定力矩由滚转运动引起的滚转力矩和偏航运动引起的偏航力矩是扰动运动中气动力产生的阻尼力矩副翼偏转角引起的滚转力矩和方向舵偏转角引起的偏航力矩是操纵力矩机翼上反角对飞机侧向静稳定性的贡献侧向静稳定性也称为上反效应机翼后掠角对飞机侧向静稳定性的影响机翼的后掠角也为飞机提供侧向静稳定性机体纵轴上方的垂尾增加侧向静稳定性下方的垂尾腹鳝减少侧向静稳定性另外机翼和机身的相对位置也对侧向静稳定性有影响上单翼起侧向静稳定作用下单翼起侧向静不稳定作用机翼的后掠角对飞机的方向稳定性也有一定的作用从以上分析可以看到当飞机在扰动运动中出现滚转偏航运动时机翼垂直尾翼部件上的气动力变化就会产生与已有的滚转偏航运动方向相反起阻尼作用的力矩这就是气劝阻尼力矩由滚转运动引起的气动阻尼力矩中机翼起主要作用由偏航运动引起的气动阻尼力矩中垂直尾翼起主要作用由滚转运动引起的偏航力矩是一种交叉偏航力矩由偏航运动引起的滚转力矩是一种交叉滚转力矩滚转收敛模态是一种非周期性的衰减很快的运动模态螺旋模态是一种非周期性的运动参数变化比较缓慢的运动模态所以螺旋模态运动主要是略带滚转侧滑角近似为零的偏航运动荷兰滚是频率较快周期为几秒的中等阻尼的横向一航向组合振荡模态侧向静稳定性与方向静稳定性相比较大时飞机易产生荷兰滚不稳定部规定任何横向一航向组合振荡荷兰滚在操纵松浮情况下都必须受到正阻尼影响飞机侧向静稳定性的主要构造参数是机翼的上反角和后掠角而后掠角是保证飞机能达到最大飞行速度所确定的所以可通过改变机翼上反角来调整飞机的侧向静稳定性影响方向静稳定性的主要结构参数是垂尾的面积及到飞机重心力臂的长度当力臂确定后可以通过改变垂尾的面积来调节飞机的方向静稳定性偏航阻尼器安装在方向舵操纵系统中它感受飞机绕立轴转动的偏航速率中的高频信号对飞机的快速偏航运动起阻尼作用从而改善飞机的横侧向动稳定性差动副翼是指对于驾驶杆的同一行程副翼上偏角度大于下偏角度的副翼这种副翼是通过在副翼上偏一侧机翼上产生较大的废阻力去平衡另一侧机翼上的过大的诱导阻力来消除有害偏航分散配重所需配重物的重量大但它的气功外形好不会增加阻力而且使操纵丽各截面意力都得到平衡防止颤振效果好在高速飞机上得到广泛的应用内封补偿多用于副翼的气动补偿上水平安定面的安装角变化范围一般在一到之间激波是气流以超音速流过带有内折角物体表面时受到强烈压缩而形成的强扰动波