名词术语名词术语迎角(Angle of attack) 对于固定翼飞机,机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角,也称为攻角,它是确定机翼在气流中姿态的基准对于直升机和旋翼机,迎角的表示方法与固定翼飞机略有不同,它是指与前进方向垂直的轴和旋翼的控制轴之间的夹角侧滑角(side slip angle)是指飞机的轴线与飞机的飞行速度方向在水平面内的夹角侧滑角是确定飞机飞行姿态的重要参数过载(overload)作用在飞机上的气动力和发动机推力的合力与飞机重力之比称为飞机的过载飞机所能承受过载的大小是衡量飞机机动性的重要参数过载越大,飞机的受力越大,为保证飞机的安全,飞机的过载不能过大飞行员在机动飞行中也会因为过载大于一或者小于一而承受超重和失重飞行员所能承受的最大过载一般不能超过 8边条(Strake) 边条是指附加于机身或机翼机身结合处的小翼面,包括机身边条和机翼边条两种机身边条位于机身左右两侧,宽度相等;而机翼边条则是位于机翼机身结合处近似三角形的小翼面采用边条翼结构可以减少阻力,改善飞机的操作性上反角(Dihedral angle) 上反角是指机翼基准面和水平面的夹角,当机翼有扭转时,则是指扭转轴和水平面的夹角。
当上反角为负时,就变成了下反角(Cathedral angle)三角翼(Delta wing) 指平面形状呈三角形的机翼三角翼的特点是后掠角大,结构简单,展弦比小,适合于超音速飞行马赫数(Mach number) 常写作 M 数,它是高速流的一个相似参数我们平时所说的飞机的 M 数是指飞机的飞行速度与当地大气(即一定的高度、温度和大气密度)中的音速之比比如 M1.6 表示飞机的速度为当地音速的 1.6 倍推力重量比(Thrust-weight ratio)表示发动机单位重量所产生的推力,简称为推重比,是衡量发动机性能优劣的一个重要指标,推重比越大,发动机的性能越优良当前先进战斗机的发动机推重比一般都在 10 以上翼载(Wing loading) 翼载是指飞机的满载重量 W 和飞机的机翼面积 S 的比值 W/S翼载的大小直接影响到飞机的机动性能、爬升性能以及起飞着陆性能等襟翼(Flap) 襟翼是安装在机翼后缘附近的翼面,是后缘的一部分襟翼可以绕轴向后下方偏转,从而增大机翼的弯度,提高机翼的升力襟翼的类型有很多,如简单襟翼、开缝襟翼、多缝襟翼、吹气襟翼等等副翼(Aileron) 是指安装在机翼翼梢后缘的一小块可动的翼面。
飞行员操纵左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩可以使飞机做横滚机动副油箱(Droppable fuel tank) 是指挂在机身或机翼下面的中间粗、两头尖呈流线型的燃油箱挂副油箱可以增加飞机的航程和续航时间,而飞机在空战时又可以扔掉副油箱,以较好的机动性投入战斗飞机的飞行性能飞机的飞行性能在对飞机进行介绍时,我们常常会听到或看到诸如“活动半径”、“爬升率”、“巡航速度”这样的名词,这些都是用来衡量飞机飞行性能的术语简单地说,飞行性能主要是看飞机能飞多快、能飞多高、能飞多远以及飞机做一些机动飞行(如筋斗、盘旋、战斗转弯等)和起飞着陆的能力速度性能速度性能最大平飞速度:是指飞机在一定的高度上作水平飞行时,发动机以最大推力工作所能达到的最大飞行速度,通常简称为最大速度这是衡量飞机性能的一个重要指标 最小平飞速度:是指飞机在一定的飞行高度上维持飞机正常水平飞行的最小速度飞机的最小平飞速度越小,它的起飞、着陆和盘旋性能就越好巡航速度:是指发动机在每公里消耗燃油最少的情况下飞机的飞行速度这个速度一般为飞机最大平飞速度的 70%~80%,巡航速度状态的飞行最经济而且飞机的航程最大这是衡量远程轰炸机和运输机性能的一个重要指标。
当飞机以最大平飞速度飞行时,此时发动机的油门开到最大,若飞行时间太长就会导致发动机的损坏,而且消耗的燃油太多,所以一般只是在战斗中使用,而飞机作长途飞行时都是使用巡航速度高度性能高度性能最大爬升率:是指飞机在单位时间内所能上升的最大高度爬升率的大小主要取决与发动机推力的大小当歼击机的最大爬升率较高时,就可以在战斗中迅速提升到有利的高度,对敌机实施攻击,因此最大爬升率是衡量歼击机性能的重要指标之一理论升限:是指飞机能进行平飞的最大飞行高度,此时爬升率为零由于达到这一高度所需的时间为无穷大,故称为理论升限实用升限:是指飞机在爬升率为 5m/s 时所对应的飞行高度升限对于轰炸机和侦察机来说有相当重要的意义,飞得越高就越安全飞行距离飞行距离航程:是指飞机在不加油的情况下所能达到的最远水平飞行距离,发动机的耗油率是决定飞机航程的主要因素在一定的装载条件下,飞机的航程越大,经济性就越好(对民用飞机),作战性能就更优越(对军用飞机)活动半径:对军用飞机也叫作战半径,是指飞机由机场起飞,到达某一空中位置,并完成一定任务(如空战、投弹等)后返回原机场所能达到的最远单程距离飞机的活动半径略小于其航程的一半,这一指标直接构成了歼击机的战斗性能。
续航时间:是指飞机耗尽其可用燃料所能持续飞行的时间这一性能指标对于海上巡逻机和反潜机十分重要,飞得越久就意味着能更好地完成巡逻和搜索任务飞机起飞着陆的性能优劣主要是看飞机在起飞和着陆时滑跑距离的长短,距离越短则性能优越诱导阻力诱导阻力机翼同一般物体相似,也有摩擦阻力和压差阻力对于机翼而言,这二者合称“翼型阻力”机翼上除翼型阻力外,还有“诱导阻力”(又叫“感应阻力”)这是机翼所独有的一种阻力因为这种阻力是伴随着机翼上举力的产生而产生的也许可以说它是为了产生举力而付出的一种代价如果有一架飞机以某一正迎角 a 作水平飞行,它的机翼上面的压强将降低,而下面的压强将增高,加上空气摩擦力,于是产生了举力 Y这是气流作用到机翼上的力,根据作用和反作用定律,必然有一个反作用力即负举刀力(-Y),由机翼作用到气流上,它的方向向下,所以使气流向下转折一个角度 a,这一角度叫“下洗角”随着下洗角的出现,同时出现了气流向下的速度这一速度叫做“下洗速(w)”下洗的存在还可由风洞实验观察出由实验可知:当飞机飞行时,下翼面压强大、上翼面压强小由于翼展的长度是有限的,所以上下翼面的压强差使得气流从下翼面绕过两端翼尖,向上翼面流动。
当气流绕流过翼尖时,在翼尖那儿不断形成旋涡旋涡就是旋转的空气团随着飞机向前方飞行,旋涡就从翼尖向后方流动,并产生了向下的下洗速(w)下洗速在两个翼尖处最大,向中心逐渐减小,在中心处减到最小这是因为旋涡可以诱导四周的空气随之旋转,而这又是由于空气粘性所起的作用空气在旋转时,越靠内圈,旋转得越快,越靠外圈,旋转得越慢因此,离翼尖越远,气流垂直向下的下洗速就越小图示的就是某一个翼剖面上的下洗速度它与原来相对速度 v 组成了合速度 u u 与v 的夹角就是下洗角 a1下洗角使得原来的冲角 a 减小了根据举力 Y 原来的函义,它应与相对速度 v 垂直,可是气流流过机翼以后,由于下洗速 w 的作用,使 v 的方向改变,向下转折一个下洗角 a1,而成为 u因此,举力 Y 也应当偏转一角度 a1,而与 u 垂直成为y1此处下洗角很小,因而 y 与 y1 一般可看成相等回这时飞机仍沿原来 v 的方向前进y1 既不同原来的速度 v 垂直,必然在其上有一投影为 Q;它的方向与飞机飞行方向相反,所起的作用是阻拦飞机的前进实际上是一种阻力这种阻力是由举力的诱导而产生的,因此叫做“诱导阻力”它是由于气流下洗使原来的举力偏转而引起的附加阻力,并不包含在翼型阻力之内。
图中机翼前面的一排小箭头表示原来的流速,后面的一排小箭头则表示流过机翼后偏转一个角度的流速诱导阻力同机翼的平面形状,翼剖面形状,展弦比,特别是同举力有关压差阻力压差阻力“压差阻力”的产生是由于运动着的物体前后所形成的压强差所形成的压强差所产生的阻力、就是“压差阻力”压差阻力同物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大的关系用刀把一个物体从当中剖开,正对着迎风吹来的气流的那块面积就叫做“迎风面积”如果这块面积是从物体最粗的地方剖开的,这就是最大迎风面积从经验和实验都不难证明:形状相同的物体的最大迎风面积越大,压差阻力也就越大物体形状对压差阻力也有很大的作用把一块圆形的平板,垂直地放在气流中它的前后会形成很大的压差阻力平板后面会产生大量的涡流,而造成气流分离现象如果在圆形平板的前面加上一个圆锥体,它的迎风面积并没有改变,但形状却变了平板前面的高压区,这时被圆锥体填满了气流可以平滑地流过,压强不会急剧升高,显然这时平板后面仍有气流分离,低压区仍然存在,但是前后的压强差却大为减少,因而压差阻力降低到原来平板压差阻力的大约五分之一如果在平板后面再加上一个细长的圆锥体,把充满旋涡的低压区也填满,使得物体后面只出现很少的旋涡,那么实验证明压差阻力将会进一步降低到原来平板的大约二十到二十五分之象这样前端圆纯、后面尖细,象水滴或雨点似的物体,叫做“流线形物体”,简称“流线体”。
在迎风面积相同的条件下,它的压差阻力最小这时阻力的大部分是摩擦阻力除了物体的迎风面积和形状外,物体在气流中的位置也影响到压差阻力的大小物体上的摩擦阻力和压差阻力合起来叫做“迎面阻力”一个物体,究竟哪一种阻力占主要部分,这要取决于物体的形状和位置如果是流线体,那么它的迎面阻力中主要部分是摩擦阻力如果形状远离流线体的式样,那么压差阻力占主要部分,摩擦阻力则居次要位置,而且总的迎面阻力也较大激波阻力激波阻力飞机在空气中飞行时,前端对空气产生扰动,这个扰动以扰动波的形式以音速传播,当飞机的速度小于音速时,扰动波的传播速度大于飞机前进速度,因此它的传播方式为四面八方;而当物体以音速或超音速运动时,扰动波的传播速度等于或小于飞机前进速度,这样,后续时间的扰动就会同已有的扰动波叠加在一起,形成较强的波,空气遭到强烈的压缩、而形成了激波空气在通过激波时,受到薄薄一层稠密空气的阻滞,使得气流速度急骤降低,由阻滞产生的热量来不及散布,于是加热了空气加热所需的能量由消耗的动能而来在这里,能量发生了转化--由动能变为热能动能的消耗表示产生了一种特别的阻力这一阻力由于随激波的形成而来,所以就叫做“波阻“从能量的观点来看,波阻就是这样产生的。
从机翼上压强分布的观点来看,波阻产生的情况大致如下;根据对机翼所作的实验,在超音速飞行时,机翼上的压强分布如图所示在亚音速飞行情况下,机翼上只有摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力它的压力分布如图中虚线所示对图中两种不同的飞行情况压强分布加以比较,可以看出:在亚音速飞行情况下,最大稀薄度靠前,压强分布沿着与飞行相反的方向上的合力,不是很大,即阻力不是很大,其中包括翼型阻力和诱导阻力可是在超音速飞行情况下,压强分布变化非常大,最大稀薄度向后远远地移动到尾部,而且向后倾斜得很厉害,同时它的绝对值也有增加因此,如果不考虑机翼头部压强的升高,那么压强分布沿与飞行相反方向的合力,急剧增大,使得整个机翼的总阻力相应有很大的增加这附加部分的阻力就是波阻由于它来自机翼前后的压力差,所以波阻实际上是一种压差阻力当然,如果飞机或机翼的任何一点上的气流速度不超过音速,是不会产生激波和波阻的阻力对于飞机的飞行性能有很大的影响,特别是在高速飞行时,激波和波阻的产生,对飞机的飞行性能的影响更大这是因为波阻的数值很大,能够消耗发动机一大部分动力例如当飞行速度在音速附近时,根据计算,波阻可能消耗发动机大约全部动力的四分之三这时阻力系数 Cx 急骤地增长好几倍。
这就是由于飞机上出现了激波和波阻的缘故由上面所说的看来,波阻的大小显然同激波的形状有关,而激波的形状在飞行 M 数不变的情况下;又主要决定于物体或飞机的形状,特别是头部的形状按相对于飞行速度(或气流速度)成垂直或成偏斜的状态,有正激波和斜激波两种不同的形状成垂直的是正激波,成偏斜的是斜激。