升力(lì)的来源
在机翼上,压力最高的点也就是(shì)所谓(wèi)的驻点,在驻(zhù)点(diǎn)处(chù)是空气与前(qián)缘相遇(yù)的地方。空(kōng)气(qì)相对于机翼的速(sù)度减小到零,由伯(bó)努利定理知道这是压力最(zuì)大的点。上翼(yì)面和下翼面(miàn)的空(kōng)气必须从这个点由静(jìng)止加(jiā)速离开。在一个(gè)迎(yíng)角为零、完(wán)全对称(chēng)的机翼上,从驻点开(kāi)始,流经(jīng)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(hé)在狭(xiá)长截面(miàn)的(de)文氏管中(zhōng)的流动是相似的,在流速(sù)达到最大的点,其压力(lì)达到最低。在这(zhè)个最低压力点(diǎn)之后,两(liǎng)个表(biǎo)面(miàn)的流速同(tóng)时降低(dī)。空气最终必定要回到主(zhǔ)来流当中,压力也恢复正(zhèng)常。由于上下表面(miàn)的速度(dù)和压力特性(xìng)是相同的(de),所以这种状态的机翼不会产生升力。
如果对称机(jī)翼相对来流旋转了一个迎角,驻点就会稍稍向前(qián)缘的(de)下表面移(yí)动,并且流(liú)经上下表面的空气流动情(qíng)况(kuàng)也发(fā)生了改(gǎi)变,流经上表面的(de)空气被(bèi)迫夺(duó)走了一段距离(lí),在上下表面,空气仍然(rán)有一个从驻(zhù)点加速离开的过程,但是下表面的最高速度要小于(yú)表面的最(zuì)高速度。
在某(mǒu)些集合迎角(jiǎo)为父的位(wèi)置上,上下表面的平均压力是(shì)可能相等的,因此有弯(wān)度(dù)翼(yì)型存在一(yī)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(yú)翼型弯(wān)度(dù)的存在,上下面的流(liú)动特征是(shì)不一样(yàng)的(de)。因此,尽管上下表面没有(yǒu)平(píng)均压(yā)力差,在翼表面上却会产生(shēng)不平衡(héng)并(bìng)导致俯仰(yǎng)力矩(jǔ)的产(chǎn)生,这个(gè)力(lì)矩在飞(fēi)行器配平中非常重要。
升力系数有一个非常明(míng)确(què)的极限值。如果迎角太大或是弯度增加太多(duō)的话,流线就会被破坏并且流动从机翼上(shàng)分(fèn)离。分离(lí)剧烈地改变了上下表(biǎo)面(miàn)的压力差,升力(lì)被大(dà)幅(fú)度降低,机翼(yì)处于失速状态。
气流分离在小范围内是一种普遍现(xiàn)象。。在上表面,流动可能(néng)在后缘前某(mǒu)个地(dì)方就分(fèn)离了(le),气(qì)流(liú)在上下表面(miàn)都可能分离,但是(shì)有(yǒu)可能再附(fù)着(zhe)。这就是所谓的(de)“气泡分离”
阻力(lì)和升阻比
翼型阻力
形状阻(zǔ)力(型阻(zǔ))或压差阻力是由于气流的经过,物体周围压(yā)力分(fèn)布不同而造成的阻(zǔ)力,而蒙皮(pí)摩擦(cā)阻力(lì)或粘(zhān)性阻力是(shì)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(cháng)有用的,这些阻力很(hěn)很显然是同时产生的。
蒙皮摩阻和行阻之间的(de)关系非常密(mì)切:一个会影响另外一个。举(jǔ)例(lì)来说,蒙(méng)皮摩阻很大程度上是(shì)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(yīn)此,特(tè)别(bié)是在(zài)考虑(lǜ)翼(yì)型时,型阻和(hé)摩阻通常放到一起考虑并(bìng)用一个新的名词重新命名——翼型阻力,经常也称型面阻力(lì)。与诱导阻力相比,蒙皮摩阻和(hé)行阻都直(zhí)接与速度的平(píng)方成正比。所以,当速度增(zēng)加而诱导阻力减少时,型(xíng)阻(zǔ)和蒙皮摩擦增加,反之(zhī)亦然。
涡阻力
诱导阻力现在更多地被称为涡诱(yòu)导阻力,简称涡阻力或涡阻。因为它是(shì)与从机翼翼(yì)尖或者任意表面(miàn)拖(tuō)出的涡联系在一(yī)起的,而这些涡(wō)产生了(le)升力。涡的出(chū)现是直接(jiē)跟(gēn)升力联系在一(yī)起(qǐ)的:给定机翼的升力系数(shù)越高,涡的影响也(yě)越(yuè)明显。
总阻力(lì)
飞行器在每个速度(dù)下的总阻力由总的涡(wō)阻(zǔ)力和所有其他的阻力组(zǔ)成(chéng)。在涡阻力等于其(qí)他阻力和的(de)地(dì)方,阻力达到(dào)最小(xiǎo)值。由于(yú)在给定飞行器质量的水(shuǐ)平飞(fēi)行中(zhōng),升力是个(gè)常数,在曲线上最小阻力点处就是飞行器的最大升(shēng)阻比出现的位置(zhì)。一个滑(huá)翔机的极曲线的形状(zhuàng)与这条曲线密切相关(guān),比如,用下沉速度比平飞速度而不是用总(zǒng)阻力系数(shù)比总升力系数(shù)。
失速
只要机翼产生的升(shēng)力足够(gòu)抵消飞行器的总载(zǎi)荷,飞行就会一直飞行。当升(shēng)力急剧下降时,飞机就失(shī)速。
记住(zhù),每次失(shī)速的直接(jiē)原因是迎角过大。有(yǒu)很多飞行机(jī)动会增(zēng)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(qíng)况下会超过临(lín)界迎角:低速飞行(háng)、高(gāo)速飞行和转弯飞行。
飞机在平直飞(fēi)行时如果飞得太慢也会失速。空(kōng)速降低时,必须增加迎角来获得维持高速所需(xū)要的(de)升力。空速越低,必须增加更大(dà)的迎角(jiǎo)。最终,达(dá)到一个迎(yíng)角,它会导致(zhì)机翼不能产生足够(gòu)的升力维持(chí)飞机,飞机开始下降。如果空速进一步(bù)降低(dī),飞行就会失速,由于迎角已经超出临界迎角,机翼上(shàng)的气流(liú)被打乱了(变成了紊流)。
高速飞行中的失速
展弦比
展(zhǎn)弦比,为(wéi)飞机空气动力学的专有(yǒu)名词,是翼展长度(dù)与(yǔ)平均气动弦长的(de)壁纸。无人机在(zài)设计时(shí)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(yì)地效应或翼面效应,是一种使飞行器诱(yòu)导阻力减小(xiǎo),同时能获得比空中飞行更高升阻比的流(liú)体(tǐ)力学效应(yīng)。

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