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飛行員航空知識手冊 航空知識手冊全集

時間:2011-04-08 11:31來源:網絡 作者:航空 點擊:


所以,機翼上表面的空氣壓力是分布式的,前緣所受的壓力比周圍的大氣壓力大的多,導致了前進運動的強大阻力;但是在上表面的很大一部分(B點到C點)空氣壓力小于周圍的大氣壓力。
就像應用伯努利原理的文氏管中所看到的,機翼上表面空氣的加速引起壓力的下降。這個較低的壓力是總升力的一部分。然而,機翼上下表面壓力差是總升力的唯一來源的設想是錯誤的。
還必須記住和較低壓力有關的是下洗力-機翼頂部表面向下向后的氣流。就像在前面對空氣動態作用相關的討論中看到的那樣,氣流沖擊機翼的下表面,向下向后的氣流的反作用力是向前向上的。機翼上表面和下表面適用一樣的反作用力,牛頓第三定律再次得到體現。
高壓在下
在討論和升力相關的牛頓定律章節里,已經討論了機翼下方的壓力條件特定大小的壓力是如何生成的。機翼下方的正壓力在迎角較大時也相應增加。但是氣流的另一方面也必須考慮。在靠近前緣的點,實際上氣流是停滯的(停滯點),然后逐漸的增加速度。在靠近尾緣的某些點,速度又變到和機翼上表面的速度相同。遵循伯努利原理,機翼下方的氣流速度較慢,產生了一個支撐機翼的正壓力,當流體速度下降時,壓力必定增加。基本上,由于機翼上下表面的壓力差的增加,因此機翼上增加的總升力會導致下表面壓力沒有增加。無論何時機翼產生的升力中伯努利原理和牛頓定律都生效。
液體流動或者氣體流動是飛機飛行的基礎,也是飛機速度的產物。由于飛機的速度影響飛機的升力和阻力,所以對飛行員非常重要。飛行員在最小滑翔角,最大續航力和很多其他飛行機動中使用空速飛行。空速是飛機相對于所飛過的空氣的速度。
機翼的壓力分布
從風洞模型和實際大小的飛機上所作的試驗上,已經確知在不同迎角的機翼表面氣流中,表面的不同區域壓力有負的(比空氣壓力小)也有正的(比空氣壓力大)。上表面的負壓產生的力比下表面空氣沖擊機翼產生的正壓得到的力更大。圖2-8顯示了三個不同迎角時沿機翼的壓力分布。通常,較大迎角時壓力中心前移,小迎角時壓力中心后移。在機翼結構的設計中,壓力中心的移動是非常重要的,是因為其影響大迎角和小迎角時作用于機翼結構上的空氣動力負荷的位置。飛機的航空動力學平衡和可控制性是由壓力中心的改變來控制的。

壓力中心是通過計算和機翼迎角在正常的極值范圍內變化的風洞測試得到的。當迎角變化時,壓力分布特性也就不同。
圖2-8所示,在每個迎角時正負壓力加總得到合力。總合力用圖2-9中的合力矢量來表示。

這個力矢量應用的點在術語上稱為 “壓力中心CP”。對于任意給定的迎角,壓力中心在合力矢量和弦線的焦點位置。這個點用機翼弦的百分比來表示。對于一個60英寸弦的30%位置的壓力中心點即機翼后緣的18英寸位置。設計者這樣設計機翼的時候,壓力中心就在飛機的重心,飛機總會平衡。然而,壓力中心的位置隨機翼迎角的變化而改變,這樣困難就出現了。如圖2-10

在飛機的正常飛行姿態范圍內,如果迎角增加,壓力中心就向前移動;反之則后移。因為重心固定在一點,很明顯,迎角增加時,升力中心朝重心的前面移動,產生一個抬升機頭的力,或者增加多一點迎角。另一方面,如果迎角減小,升力中心后移,趨向于迎角減小很多。這樣就可以看到,正常的機翼是內在不穩定的,這樣就必須增加一個額外的輔助設備如水平尾翼來維持飛機縱向平衡。
所以飛行中的飛機平衡取決于重心和機翼壓力中心的相對位置。經驗已經表明重心在機翼弦線的20%附近的飛機可以獲得平衡和滿意的飛行。
錐形的機翼表明了翼展范圍內翼弦的多樣性。指定某弦線其平衡點可以被表示開始變得有必要。這個弦即知名的平均空氣動力弦(MAC),通常定義為假設的非錐形機翼的弦,它和被討論的機翼有相同的壓力中心特性。

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