1、4.2 升力,2,升力垂直于飞行速度方向，它将飞机支托在空中，克服飞机受到的重力影响，使其自由翱翔。,4.2.1 升力的产生原理,3,飞机各部分所产生的空气动力的总和叫做飞机的总空气动力（R），其方向是向上并向后倾斜的。 垂直于飞行速度的分力叫做升力（L）。 平行于飞行速度方向的分力叫做阻力（D）。,4,升力的产生原理,前方来流被机翼分为了两部分，一部分从上表面流过，一部分从下表面流过。,由连续性定理和伯努力定理可知， 在翼型的上表面，由于正迎角和翼面外凸的影响，流管收缩，流速增大，压力降低； 在翼型的下表面，气流受阻，流管扩张，流速减慢，压力增大。推导？,5,升力的产生原理,6,上下表面出现
2、的压力差，在垂直于（远前方）相对气流方向的分量，就是升力。,机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure),升力的产生原理,7,升 力 的 方 向,8,4.2.2 翼型的压力分布,翼面各点静压与大气压之差称为剩余压力： 当机翼表面压强低于大气压，称为吸力（负压）。 当机翼表面压强高于大气压，称为压力（正压）。,用矢量来表示压力或吸力，矢量线段长度为力的大小，方向为力的方向。,矢量表示法,9,驻点和最低压力点,最低压力点，是机翼上表面负压最大的点。,驻点，是正压最大的点，位于机翼前缘附近，该处气流流速为零。,10,坐标表示法,压力系数：压力系数是无量纲参数。 翼面各点的压
3、力系数主要取决于迎角和翼型的形状，与动压（流速）无关。 Cp=1的点就是驻点，Cp最小的点就是最低压力点。 从右图可以看出，机翼升力的产生主要是靠机翼上表面吸力的作用，尤其是上表面的前段，而不是主要靠下表面正压的作用。,11,4.2.3 升力公式,飞机的升力系数,飞机的飞行动压,机翼的面积。,12,升力公式的物理意义,飞机的升力与升力系数、来流动压和机翼面积成正比。,升力系数综合的表达了机翼形状、迎角等对飞机升力的影响。,13,4.3.1 升力特性,升力系数的变化规律,14,升力系数随迎角的变化规律,当临界，升力系数随迎角的增大而减小，进入失速区。,15,烟风洞翼型绕流实验,小迎角,较大迎角,
4、大迎角,16,翼型在不同迎角下的压强分布,17,翼型在不同迎角下的压强分布,18,压力中心（CP）位置随迎角改变的变化,19,压力中心（CP）位置随迎角改变的变化,20,升力特性参数,零升迎角,21,翼型在零升迎角下的压强分布,22,升力系数曲线斜率,23,临界迎角和最大升力系数,24,相对厚度对升力特性的影响,相对厚度增加,相对厚度增加，最大升力系数增加，临界迎角减小。,25,翼型前缘半径对升力特性的影响,前缘半径增加，临界迎角增加。,26,展弦比对升力特性的影响,展弦比越高，最大升力系数越大，临界迎角越小。,27,后掠翼对升力特性的影响,平直机翼的最大升力系数更大，升力系数曲线斜率越大，临
5、界迎角越小。,28,翼型前缘粗糙度对升力特性的影响,翼型前缘越光滑，最大升力系数越高，临界迎角越大。,29,4.3.2翼型的失速,随着迎角增大，翼型升力系数将出现最大，然后减小。这是气流绕过翼型时发生分离的结果。翼型的失速特性是指在最大升力系数附近的气动性能。,30,小迎角翼型附着绕流,大迎角翼型分离绕流,翼型分离现象与翼型背风面上的流动情况和压力分布密切相关。,31,分析翼型的失速：上翼面的流动，过前驻点开始快速加速减压到最大速度点（顺压），然后减速增压到翼型后缘点处（逆压），随着迎角的增加，前驻点向后移动，气流绕前缘近区的吸力峰在增大，造成峰值点后的气流顶着逆压梯度向后流动越困难，气流的减
6、速越严重。边界层增厚，变成湍流，迎角大到一定程度后，逆压梯度达到一定数值，气流无力顶着逆压减速而发生分离。这时气流分成分离区内部的流动和分离区外部的主流两部分。在分离边界（称为自由边界）上，二者的静压必处处相等。分离后的主流就不再减速不再增压了。分离区内的气流，由于主流在自由边界上通过粘性的作用不断地带走质量，中心部分便不断有气流从后面来填补，而形成中心部分的倒流。,32,根据大量实验，在大Re数下，翼型分离可根据其厚度不同分为： （1）后缘分离（湍流分离） （2）前缘分离（前缘短泡分离）（3）薄翼分离（前缘长气泡分离）,33,（1）后缘分离（湍流分离） 分离对应的翼型厚度大于12%-15%，
7、翼型头部的负压不是特别大，分离从翼型上翼面后缘近区开始，随迎角增加，分离点逐渐向前缘发展，起初升力线斜率偏离直线，当迎角达到一定值，分离点发展到上翼面某一位置时，升力系数达到最大，以后升力系数下降。后缘分离的发展是比较缓慢的，流谱的变化是连续的，失速区的升力曲线也变化缓慢，失速特性好。,34,（2）前缘分离（前缘短泡分离）,对于中等厚度的翼型（厚度6%-9%），前缘半径较小，气流绕前缘时负压很大，从而产生很大的逆压梯度，即使在不大迎角下，前缘附近发生流动分离，分离后的边界层转捩成湍流，从外流中获取能量，然后在附到翼面上，形成分离气泡。起初这种短气泡很短，只有弦长的1%，当迎角达到失速角时，短气
8、泡突然打开，气流不能再附，导致上翼面突然完全分离，使升力和力矩突然变化。,35,（3）薄翼分离（前缘长气泡分离）,对于薄的翼型（厚度4%-6%），前缘半径更小，气流绕前缘时负压更大，从而产生很大的逆压梯度，即使在不大迎角下，前缘附近引起流动分离，分离后的边界层转捩成湍流，从外流中获取能量，流动一段较长距离后再附到翼面上，形成长分离气泡。起初这种气泡不长，只有弦长的2%-3%，随着迎角增加，再附点不断向下游移动，当到失速迎角是，气泡延伸到右缘，翼型完全失速，短气泡突然消失，气流不能再附，导致上翼面突然完全分离，使升力和力矩突然变化。,36,薄翼分离过程和升力曲线。 另外，除上述三种分离外，还可能存在混合分离形式，气流绕翼型是同时在前缘和后缘发生分离。,
