第二章 飞机的升阻特性,一、飞机机翼的升力 二、飞机的阻力 三、全机的空气动力特性 四、飞机的增升装置,一、飞机机翼的升力 （一）、机翼的形状及其参数,飞机的机翼是飞机产生升力的主要部件，也就是说机翼的最主要作用就是产生升力、其次是装油、稳定性和操纵性、外挂、连接等 机翼的形状主要是指机翼的翼型、机翼的平面形状、机翼相对机身的位置等，机翼的形状参数是指与之对应的翼型参数、平面形状参数和机翼的安装角、上反角、迎角等1、机翼的翼型及其参数,机翼的翼型也叫机翼的翼剖面或机翼的横切面，指的是沿着机体的对称面假想将机翼切一刀，机翼切口的形状机翼的翼型形状主要包括平板形、弯形、凹凸形、平凸形、双凸形、对称形、圆弧形、菱形等现代低速飞机的机翼，大多采用平凸形和双凸形翼型，高速飞机的机翼一般采用对称形翼型，超音速飞机的机翼，多采用圆弧形和菱形翼型，由于民航飞机大多使用亚音速飞机，所以广泛采用平凸形和双凸形翼型我们以双凸形翼型为例讨论机翼翼型的参数：,1）翼型弦长(b)：指翼剖面前缘到后缘的距离 2）相对厚度(c)：翼型最大厚度Cmax与弦长b的比值，并以百分数表示： 相对厚度的大小表示翼型的厚薄程度相对厚度大，表示翼型厚，即机翼较厚；相对厚度小，表示翼型薄，即机翼较薄。
3)相对弯度( f )：翼型上下弧之间，沿翼弦作垂线，连结这些垂线的中点所组成的弧线叫翼型的中弧线，翼型中弧线的最高点距翼弦线的最大距离(fmax)与翼弦长（b）的比值叫翼型的相对弯度，并用百分数表示： 相对弯度的大小表示翼型的弯曲程度，相对弯度大表示翼型向上弯曲度大；相对弯度小表示翼型向上弯曲度小4)最大厚度位置(Xc)：翼型最大厚度到机翼前缘的距离（Xc)与弦长(b)的比值叫翼型的相对最大厚度位置(Xc) ，并用百分数表示： 相对最大厚度位置的大小表示翼型最大厚度的相对位置相对最大厚度位置大，表示翼型最大厚度靠后，相对最大厚度位置小，表示冀型最大厚度靠前2、机翼的平面形状及其参数,机翼的平面形状是指从飞机顶上往下看，机翼在水平面上的投影常见的有矩形、梯形、椭圆形、后掠形、前掠形、三角形、双三角形等 矩形翼结构简单，但阻力较大；椭圆翼诱导阻力最小，但制造工艺复杂，没有被广泛使用；梯形翼的阻力也较小，制造也简单，广泛使用在活塞式发动机的飞机；为了提高飞机的飞行速度，提高飞机飞行的稳定性，目前民用飞机广泛使用后掠机翼；大后掠翼、变后掠翼、三角翼等用在高速飞机，特别是超音速战斗机机翼的平面形状影响飞机的气动特性，我们以后掠翼为例，讨论机翼平面形状的参数：,1）机翼面积( S )：指机翼在水平面的投影面积。
机翼面积的计算方法有两种：一是全机机翼面积，另一种是净机翼面积，指不包括机身内部那部分的机翼面积，通常称为外露机翼面积通常机翼升力计算公式中的机翼面积指的是外露机翼的面积 2）机翼展长(L)：指从一侧机翼翼尖到另一侧机翼翼尖垂直于机体纵轴的距离 3）机翼的平均空气动力弦长（b平均）：指机翼的展长和面积不变的情况下，将后掠翼折算成矩形翼后的弦长，即： b平均 ＝ S / L,4）机翼的后掠角(χ )：沿着机翼展向弦长的等百分比弦的连线(一般取25％弦长)与垂直于纵向对称平面直线的夹角叫机翼的后掠角 5）展弦比( λ ) ：机翼展长与平均几何弦长之比值： λ ＝ L / b平均 ＝ L2/S 6）根尖比(η)：根尖比也叫梯形比，指的是翼根弦长(b0)与翼尖弦长(b1)之比值：即： η= b0/b1 矩形机翼η= 1，梯形机翼η1，三角机翼η= ∞ 3、机翼相对机身的位置及其参数,1）机翼的安装角（ф ）是指机翼的弦线与机体纵轴之间的夹角2）机翼的迎角（ α ）：机翼的迎角也叫机翼的攻角，是指机翼的弦线与相对气流（或飞机运动方向）之间的夹角 迎角有正迎角和负迎角，气流的方向指向机翼的下翼面，这时的迎角为正迎角，飞机的平飞和飞机的爬升飞行一般为正迎角飞行（如下图a和b）；气流的方向指向机翼的上翼面，这时的迎角为负迎角，飞机低头飞行和飞机的倒飞都是负迎角飞行（如下图c）；,3)机翼的上（下）反角（ Ψ / - Ψ ）：是指机翼的翼弦平面与垂直于飞机的立轴的平面之间的夹角：,4）上单机翼、中单机翼和下单机翼 目前，除了个别低速飞机仍是双翼机外，绝大多数是单翼机。
单翼机在机身上的配置，可分为上单翼、中单翼和下单翼三种型式从机翼与机身的干扰阻力来看，以中单翼为最小，上单翼次之，下单翼最大从机身内部容积的利用来看，以上单翼为最优跃因为上单翼飞机机翼通过机身的部分骨架，位于机身上部，不影响机身内部容积的利用；中单翼的翼梁要横穿机身中部，对机身内容积的利用有一定影响；下单翼飞机机身内的可用容积较大，但固定在机身下部的翼梁，会限制安装在机翼下部部件的尺寸吊装在下单翼飞机下部的发动机可使发动机的维护方便从起落架的配置来看，如果将起落架装在机翼上，上单翼飞机的起落架较长，这样不仅重量大，而且不易收放在这方面，下单翼机比较有利此外，上单翼飞机由于机翼位置较高，检修、拆装机翼上的发动机或其它附件，以及向机翼内的油箱加添燃油都不方便，这会给维护工作带来困难二)、总的空气动力,飞机在空气中运动时，就会产生作用于飞机上的空气动力，飞机各部分所受到的空气动 力的总和，叫总空气动力，通常用R表示（见图所示）一般情况，这个力是向上并向后倾 斜的，根据它所起的作用，可将它分解为垂立于相对气流方向和平行于相对气流方向的两个分力垂直方向的力叫升力，用“ Y ”表示，升力通常是起支持飞机的作用。
平行方向阻碍飞机前进的力叫阻力，用“ X ”表示 飞机升力绝大部分是由机翼产生的尾翼也产生一些升力，但其作用主要是用作平衡和操纵飞机，飞机其他部分产生升力很小，一般不考虑飞机的任何部分在飞行时都会产生阻力三）、机翼升力的产生,当气流流过机翼时，气流从机翼前缘分成上、下两股，分别沿机翼上、下表面流过，而在机翼后缘重新汇合后向后流去由于机翼上表面比较凸出，流管变细，由连续性定理可知，流管变细，流速加快，又根据伯努利定理，流速加快，压力降低；在机翼下表面，机翼比较平，或飞机的飞行有一定的迎角，气流受到阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大于是，机翼上、下表面出现了压力差我们将垂直于相对气流方向（或垂直于飞机运动方向）压力差的总和（集合），叫做机翼的升力既然升力是一种力，就必须满足力的“三要素”： 大小：机翼上下翼面压力差的总和； 方向：垂直于相对气流方向； 作用点：升力作用线和翼弦线的交点，也叫压力中心机翼的升力主要是靠机翼上翼面吸力产生的，一般占总升力的60%~80%,而不是靠下翼面压力产生的(占总升力的20％～40％)，所以机翼的上壁板比下壁板厚从下列压力分布图中可以看出：,(四)、影响升力大小的因素,1、机翼面积(S) 机翼面积越大，则机翼上、下表面压力差的总和越大，所以升力也就越大。
升力与机翼面积成正比 2、翼型 翼型不同所产生的流线谱也就不同，因此所产生的升力也就不同： 1）翼型相对厚度（c） 相对厚度大，机翼上表面的弯曲程度也大，空气流过机翼上表面流速增快，压力降低很多，升力增大 2）最大厚度位置(Xc) 最大厚度位置靠前，机翼前缘势必弯曲厉害，导致流管在前缘变细，流速加快，吸力增大，升力增加3）相对弯度(f) 在厚度相同相同情况下，相对弯度大，表明上表面弯曲比较厉害，流速大、压力低，所以升力较大在相同迎角下平凸型翼型比双凸型翼的升力大，对称型翼型升力最小 3、飞行速度(v) 飞行速度越大，升力也越大由伯努利方程可知：以稳定的速度流动的气流流过机翼时，其动压与静压的和为一常数，当气流流过机翼时，机翼上表面流速增加，压力降低；下表面流速减少，压力增大，而压力的变化与飞行速度的平方成正比，所以升力与飞行速度的平方成正比4、空气密度( ρ ) 空气密度大，表示单位体积内空气质量多，对机翼的作用力增大，所以升力增大 5、迎角( α ) 在一定迎角范围内，迎角增大，升力增大机翼的升力随迎角增大而增加，这是因为随着迎角的增大，在翼型上表面的前部流线更加弯曲，流管更细，使流速进一步加快，压力更降低，机翼下表面则阻挡气流的作用更大。
流管变得更粗，流速更减慢，压力更提高，上下表面的压力差更大，因而升力增大但是迎角增加超过一定数值时，气流在上翼面的中后部严重分离，大量的漩涡占据了机翼上表面的吸力区随着涡流区的扩大，吸力减少，升力会突然降低，阻力迅速增加，这种现象被称为“失速”失速刚刚出现时的迎角叫做“临界迎角”，也叫“失速迎角”，这一迎角一般为15～20度飞机不能以 大于或接近临界 迎角的迎角飞行， 如果飞机陷入失 速状态，飞机会 发生尾旋降高度 的现象，如果驾 驶员处理不当， 可能发生严重的 后果，甚至机毁 人亡的事故五）、机翼升力的计算公式,机翼升力的大小取决于机翼面积、空气密度、飞行速度、翼型和迎角其中翼型和迎角主要影响流线谱分布，即影响压力分布一般用一个无量纲的系数（升力系数Cy）来表示机翼迎角和翼型等因素对升力影响的大小其数学式子表示为： 即飞机机翼的升力与升力系数、机翼面积和气流的动压（速度头）成正比六）、Cy－曲线,升力系数包含机翼迎角和翼型参数对机翼升力的影响因素，但在翼型参数一定的情况下，通过风洞吹风试验测出在不同迎角情况下机翼升力变化的数据，然后根据升力的计算公式求出不同的 Cy值，绘 成曲线图， 此曲线被 称为升力 系数曲线， 即Cy－曲线。
在上述Cy－曲线中可以找出： 1、升力系数为零的迎角，叫零升力迎角相当于曲线与横坐标轴相交点对应的迎用用这个迎角飞行，升力为零对称翼型的零升力迎角为零度非对称翼型的零升力迎角一般为负 2、升力系数最大时的迎角，叫临界迎角，即Cy最大，超过临界迎随后，若迎角再增大，则会在机翼上表面产生气流分离，升力系数下降，曲线将往下弯 3、升力系数曲线斜率，表示迎角改变1度时，所引起的升力系数变化的大小斜率大小可以从升力系数曲线与横坐标的夹角大小看出来，斜率大，表明迎角改变时，升力系数变化大二、飞机的阻力,飞机在空中飞行时，除了产生升力外，还会产生阻力阻力是阻碍飞机前进的空气动力，它的方向与飞机运动方向相反（或与气流流动方向一致） 在低速飞行时，飞机的阻力有摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力四种高速飞行时，还应再加上一个激波阻力 机翼可以产生升力，也可以产生阻力，飞机的其他部件也会产生阻力，机翼所产生的阻力占总阻力的25％～30％左右由机翼以外部件所产生的阻力也叫“废阻力”一）、飞机阻力的产生,1、摩擦阻力 在飞行中，空气沿着飞机表面流过，由于空气有粘性作用，产生阻止飞机前进的阻力， 这个阻力叫摩擦阻力。
摩擦阻力是和空气流过飞机时形成的附面层分不开的空气流过飞机时，紧贴飞机表面的空气好象被飞机表面“粘”住一样，流速为零，从飞机表面向外，气流速度才一层比一层快起来飞机在空中运动时，飞机表面的附面层必然受到飞机给它一个指向飞机运动前方的作用力F´，根据作用与反作用原理，空气必然要给飞机表面一个指向飞机后方的切向反作用力F，此力就是飞机表面的摩擦阻力 摩擦阻力的大小，取决于空气的粘性、飞机表面状况，以及气流接触飞机表面面积空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机与空气的接触面积越大，摩擦阻力越大2、压差阻力 空气流过物体时，在物体前缘部分受到阻挡，流速减假，压力增大，在物体的后缘由于气流形成涡流区而使气流产生分离再涡流区内，空气迅速旋转，出现动能的摩擦损失，有一部分动能不能转变为静压，故压力减小这样，物体前后缘（或迎风面与背风面）便产生压力差而形成阻力，这种阻力叫压差阻力 压差阻力与物体的迎风面积、物体的形状和物体在气流中的位置都有很大关系物体的迎风面积越大，压差阻力越大；物体具有“流线型”外形，压差阻力较小3、诱导阻力 诱导阻力是伴随着机翼的升力的产生而产生的，也是机翼为了。