航空知识科普第24期-飞机的翼型与升力

提供者:  来源:河北天启通宇航空器材科技发展有限公司,法国DTA航空,天启通宇航空,JRO自转旋翼机,COMBO(亢保)动力三角翼,旅行者动力三角翼   时间:2022-08-25  



翼型与升力



机翼是飞机承受升力的主要部件,翼型是机翼和尾翼成形的重要组成部分,翼型直接影响到飞机的气动性能和飞行品质。

在本期航空知识中小编将向大家介绍翼型的知识。




翼型的概念和重要性




翼型是指飞机机翼、尾翼、导弹翼面、直升机旋翼叶片和螺旋桨叶片上平行于飞行器对称面或垂直于前缘(或 1/4弦长点连线)的剖面形状,也称翼剖面叶剖面

 在飞机的各种飞行状态下,机翼是飞机承受升力的主要部件,而垂尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动部件。一般飞机都有对称面,如果平行于对称面在机翼展向任意位置切一刀,切下来的机翼剖面为翼剖面或翼型。翼型是机翼和尾翼成形重要组成部分,其直接影响到飞机的气动性能和飞行品质。



翼型与升力




飞机的升力来源于机翼上下表面气流的速度差导致的气压差。但机翼上下表面速度差的成因解释较为复杂,通常科普用的等时间论和流体连续性理论均不能完整解释速度差的成因。

升力的原理就是因为绕翼环量(附着涡)的存在导致机翼上下表面流速不同压力不同,产生方向垂直于相对气流的力。

机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压力的作用,一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右,下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。 所以不能认为:飞机被支托在空中,主要是空气从机翼下面冲击机翼的结果。

飞机升力的产生与翼型密不可分,但实际中升力的产生是非常复杂的,它与飞机整体的气动外形、飞机姿态和飞机附近气流相关。(上图是飞机重心太靠后或机翼升力中心太靠前时,平尾向上翻转的情况。下图是飞机尾部所产生的气流)




翼型的几何参数和分类




翼型的最前端点称为前缘点,最后端点称为后缘点。前缘点也可定义为:以后缘点为圆心, 画一圆弧,此弧和翼型的相切点即是前缘点。前后缘点的连线称为翼型的几何弦。但对某些下表面大部分为直线的翼型,也将此直线定义为几何弦。翼型前、后缘点之间的距离,或者前、后缘在弦线上投影之间的距离称为翼型的弦长


 通常飞机设计要求,机翼和尾翼的尽可能升力大、阻力小、并有小的 零升俯仰力矩。因此,对于不同的飞行速度,机翼的翼型形状是不同的。

 对于低亚声速飞机,为了提高升力系数,翼型形状为圆头尖尾形。

 对于高亚声速飞机,为了提高阻力发散Ma数,采用超临界翼型,其特点是前缘丰满、上翼面平坦、后缘向下凹。

 对于超声速飞机,为了减小激波阻力,采用尖头、尖尾形翼型。(下图为NASA超音速飞行器的计算机模拟气流图)




翼型的发展和常见翼型




最早的机翼是模仿风筝的,在骨架上张蒙布,基本上是平板。之后在实践中发现弯板比平板好,能用于较大的迎角范围。1903年莱特兄弟研制出薄而带正弯度的翼型儒可夫斯基的机翼理论出来之后,明确低速翼型应是圆头,应该有上下缘翼面。圆头能适应于更大的迎角范围。

一战期间,交战各国都在实践中摸索出一些性能很好的翼型。如儒可夫斯基翼型、德国Gottingen翼型,英国的RAF翼型(Royal Air Force英国空军;后改为RAE翼型---Royal Aircraft Estabilishment 皇家飞机研究院),美国的Clark-Y,以及三十年代以后,美国的NACA翼型(National Advisory Committee for Aeronautics,后来为NASA,National Aeronautics and Space Administration ),前苏联的ЦАΓИ翼型(中央空气流体研究院)。(下图为NACA2212翼型)

近现代以来,翼型不断发展,种类越来越多。不同类型的飞机使用不同的翼型。而一些现代飞机已经使用了翼身融合的设计,并由此获取更好的气动性能和隐身能力。(下图为B-2轰炸机)




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