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1、第二章,飞机的低速空气动力,本章主要内容,2.1 空气流动的描述2.2 升力和阻力2.3升力和阻力的关系2.4增升原理与增升装置,2.4增升原理与增升装置,飞机的飞行速度与迎角,大速度飞行时，小迎角；以小速度飞行，大迎角。,用增大迎角的方法维持小飞行速度是有限度的。因为当迎角增大到临界迎角时，升力将随迎角的增加而降低。,2.4增升原理与增升装置,飞机的飞行速度与迎角,质量一定的飞机在起飞和着陆时，所需的升力亦为常量，这时所需的起飞、着陆速度与机翼面积、升力系数成反比。对于固定的飞机其机翼面积和最大升力系数一般也是一定的，起飞、着陆速度越大，所需的跑道长度越长，因此有必要降低起飞、着陆速度，这往
2、往通过增升装置来实现。,2.4增升原理与增升装置,着陆,起飞,为什么要使用增升装置,用增大迎角的方法来增大升力系数从而减小速度是有限的，飞机的迎角最多只能增大到临界迎角。因此，为了保证飞机在起飞和着陆时，仍能产生足够的升力，有必要在机翼上装设增大升力系数的装置。,增升装置用于增大飞机的最大升力系数，从而缩短飞机在起飞着陆阶段的地面滑跑距离。,2.4增升原理与增升装置,飞机上采用的增升装置有多种形式,增升装置工作原理：,动力增升是指采用喷管可旋转的发动机来实现,一般是通过襟翼来实现,提高升力系数改变翼型的弯度；控制附面层分离，,2.4增升原理与增升装置,机翼上的操纵面与附属装置 1.翼尖小翼 2
3、.低速副翼 3.高速副翼 4.襟翼滑轨整流罩 5.前缘襟翼克鲁格襟翼 6.前缘缝翼 7.内侧襟翼 8.外侧襟翼 9.扰流板 10.扰流板-减速板,2.4增升原理与增升装置,机翼,机翼上的襟翼,襟翼部分展开,全襟翼,全襟翼，扰流板打开,2.4增升原理与增升装置,B747机翼上的主操纵和辅助操纵翼面,2.4增升原理与增升装置,飞机的襟翼是机翼上可以偏转和或滑动的翼片，平时飞机停在机场上或在高空巡航飞行时，襟翼都收拢在机翼上。,常见的主要有前缘缝翼前缘襟翼后缘襟翼特殊襟翼,2.4增升原理与增升装置,2.4增升原理与增升装置,常见的襟翼主要有前缘缝翼（Leading Edge Slat)前缘襟翼（克鲁
4、格襟翼（Krueger Flap)）后缘襟翼（Flap）特殊襟翼,由于襟翼的主要作用是提高飞机起飞、着陆等低速飞行阶段的升力，因而统称增升装置。,襟翼的偏转,襟翼够提供附加机翼升力的的主要原因是：,？,相当于机翼延长或延伸了机翼，使其有效面积获得了增加,可以减少或延缓附面层的分离,可以增加翼型的弯度，,2.4增升原理与增升装置,cr,cr,前缘缝翼增升原理示意图,(1)前缘缝翼(Leading Edge Slat),前缘缝翼打开后气流分离被推迟,前缘缝翼打开,CL,前缘缝翼闭合,2.4增升原理与增升装置,前缘缝翼,下翼面高压气流流过缝隙，贴近上翼面流动。一方面降低逆压梯度，延缓气流分离，增大最
5、大升力系数和临界迎角。另一方面，减小了上下翼面的压强差，减小升力系数。,2.4增升原理与增升装置,前缘缝翼,前缘缝翼位于机翼前缘，在大迎角下打开前缘缝翼，可以延缓上表面的气流分离，从而使最大升力系数和临界迎角增大。在中小迎角下打开前缘缝翼，会导致机翼升力性能变差。,2.4增升原理与增升装置,前缘缝翼对压强分布的影响,较大迎角下，使用前缘缝翼可以增加升力系数。,2.4增升原理与增升装置,(2)常用的后缘襟翼：当襟翼下放时，可有效提高升力，但同时也会使阻力增大，因此主要用于飞机的起飞和着陆阶段，以减少起飞和着陆滑跑距离。,2.4增升原理与增升装置,分裂襟翼（The Split Flap）简单襟翼（
6、The Plain Flap）开缝襟翼（The Slotted Flap）后退襟翼（The Fowler Flap）后退开缝襟翼（The Slotted Fowler Flap）,主要包括有:,放下后缘襟翼，使升力系数和阻力系数同时增大。因此，在起飞时放小角度襟翼，着陆时，放大角度襟翼。,分裂襟翼（The Split Flap）,分裂襟翼是一块从机翼后段下表面向下偏转而分裂出的翼面，它使升力系数和最大升力系数增加，但临界迎角减小。,2.4增升原理与增升装置,这种襟翼本身象一块薄板，紧贴于机翼后缘。放下襟翼，在后缘和机翼之间，压力降低，对机翼上表面的气流有吸引作用，使其流速增大，上下压差增大，既
7、增大了升力，同时又延缓了气流分离。另一方面，放下襟翼，机翼翼剖面变得更弯曲，使上、下表面压力差增大，升力增大。由于以上两方面的原因，放下分裂襟翼的增升效果相当好。但因大迎角放下襟翼，上表面的最低压力点的压力更小了，使气流更易提前分离，故临界迎角有所减小。,2.4增升原理与增升装置,分裂襟翼（The Split Flap）,放下分裂襟翼后，在机翼和襟翼之间的楔形区形成涡流，压强降低，吸引上表面气流流速增加，上下翼面压差增加，从而增大了升力系数，延缓了气流分离。,此外，放下分裂襟翼使得翼型弯度增大，上下翼面压差增加，从而也增大了升力系数。,分裂襟翼（The Split Flap）,2.4增升原理与
8、增升装置,简单襟翼：简单襟翼放下时相当于增大了机翼翼型的弯度，从而使升力系数增大,2.4增升原理与增升装置,简单襟翼（The Plain Flap）,简单襟翼（The Plain Flap）,简单襟翼与副翼形状相似。放下简单襟翼，增加机翼弯度，进而增大上下翼面压强差，增大升力系数。但是放简单襟翼使得压差阻力和诱导阻力增大，阻力比升力增大更多，使得升阻比降低。,2.4增升原理与增升装置,大迎角下放简单襟翼，升力系数及最大升力系数增加，阻力系数增加，升阻比降低（即空气动力性能降低），临界迎角降低。,简单襟翼（The Plain Flap）,2.4增升原理与增升装置,简单襟翼,2.4增升原理与增升装
9、置,开缝襟翼（The Slotted Flap）,开缝襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时进行开缝，和简单襟翼相比，可以进一步延缓上表面气流分离，增大机翼弯度，使升力系数提高更多，而临界迎角却降低不多。,2.4增升原理与增升装置,开缝襟翼（The Slotted Flap）,下翼面气流经开缝流向上翼面,开缝襟翼的流线谱,2.4增升原理与增升装置,开缝襟翼：开缝襟翼的作用类似于简单襟翼和前缘缝翼的“综合”，增升效果较好；,开缝襟翼,2.4增升原理与增升装置,后退襟翼（The Fowler Flap）,后退襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时向后滑动，和简单襟翼相比，增大了机翼
10、弯度也增加了机翼面积，从而使升力系数以及最大升力系数增大更多，临界迎角降低较少。,2.4增升原理与增升装置,后退襟翼放下后退襟翼，不仅能增大了机翼翼型的弯曲度，而且还增大了机翼面积。故增升效果好。高速飞机采用较多。,后退襟翼,2.4增升原理与增升装置,后退开缝襟翼（The Slotted Fowler Flap）,后退开缝襟翼结合了后退式襟翼和开缝式襟翼的共同特点，效果最好，结构最复杂。,大型飞机普遍使用后退双开缝或三开缝的形式。,2.4增升原理与增升装置,后退开缝襟翼和后退襟翼相似，也可后退。同时又和开缝襟翼相似，当襟翼处于后退位置时，它的前缘和机翼后缘形成一条缝隙。所以它兼有后退襟翼和开缝
11、襟翼二者的优点，增升效果很好，现代高速和重型飞机广泛使用。,2.4增升原理与增升装置,747的后退开缝襟翼,2.4增升原理与增升装置,多缝襟翼,2.4增升原理与增升装置,2.4增升原理与增升装置,2.4增升原理与增升装置,2.4增升原理与增升装置,747的后退开缝襟翼,2.4增升原理与增升装置,前缘襟翼（克鲁格襟翼(Krueger Flap)）,前缘襟翼位于机翼前缘。前缘襟翼放下后能延缓上表面气流分离，能增加翼型弯度，使最大升力系数和临界迎角得到提高。,前缘襟翼广泛应用于高亚音速飞机和超音速飞机。,2.4增升原理与增升装置,B737-800的前缘襟翼,2.4增升原理与增升装置,特殊襟翼包括前缘
12、襟翼、喷气襟翼：前缘襟翼的增升原理与后缘襟翼类似。喷气襟翼的基本原理是，利用从涡轮喷气发动机引出的压缩空气或燃气流，通过机翼后缘的缝隙沿整个翼展向后下方以高速喷出，形成一片喷气幕如图所示，这一方面增加了机翼上、下表面的压力差；另一方面，喷气的反作用力在垂直方向上的分力也使机翼升力大大增加。,2.4增升原理与增升装置,机翼上的操纵面与附属装置 1.翼尖小翼 2.低速副翼 3.高速副翼 4.襟翼滑轨整流罩 5.前缘襟翼克鲁格襟翼 6.前缘缝翼 7.内侧襟翼 8.外侧襟翼 9.扰流板 10.扰流板-减速板,2.4增升原理与增升装置,主要增升装置包括：前缘缝翼后缘襟翼前缘襟翼,2.4增升原理与增升装置
13、,增升装置的原理总结,2.4增升原理与增升装置,增升装置的原理小结,增升装置主要是通过三个方面实现增升：增大翼型的弯度，提高上下翼面压强差。延缓上表面气流分离，提高临界迎角和最大升力系数。增大机翼面积。,增升装置的目的是增大最大升力系数。,2.4增升原理与增升装置,2.5 地面效应,飞机在起飞和着陆贴近地面时，由于流过飞机的气流受地面的影响，使飞机的空气动力和力矩发生变化。这种效应称为地面效应。,地面效应的产生原因,上下翼面压差增加地面阻碍使下洗流减小下洗角减小，使平尾迎角减小,2.5 地面效应,地面效应的效果,上下翼面压差增加，从而使升力系数增加。地面阻碍使下洗流减小，使诱导阻力减小，阻力系
14、数减小。下洗角减小，使平尾迎角减小，出现附加下俯力矩（低头力矩）。,2.5 地面效应,地面效应的产生范围,飞机距地面高度在一个翼展以内，地面效应对飞机有影响，距地面越近地面效应越强。,2.5 地面效应,地效飞机,地效飞机是介于船和普通飞机之间的新型水上快速交通工具。地效飞机在民用方面使用前景也十分广阔，如可用于海上和内河快速运输，海情侦察，水上救生等。,“小鹰”地效飞机速度可达556千米/小时,2.5 地面效应,地效飞机（我国的发展情况）,我国科学家也早已关注到地效飞行器的研制，发起人便是原国家科委常务副主任、航天专家李绪鄂。1995年，他领导的中国科技开发院联合湖北水上飞机研究所、北京空气动力学研究所成立了中国地效飞行器开发中心，经过4年的努力，第一架中国的地效飞行器诞生了。,2.5 地面效应,
