飞机的气动布局与机翼的几何参数

飞机的气动布局与机翼的几何参数

人类向往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。但是由于鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。

而真正促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分开考虑，而发明了固定翼飞机。

飞机是二十世纪人类史最伟大的科学成就。是人类最快捷、舒适、高效、安全的交通运输工具，在国家安全、社会和国民经济的发展中占有极其重要的地位。

当年李白受安史之乱蒙冤沦为囚犯，被流放到白帝城后，朝廷大赦天下，他立刻返舟东下，重出三峡，欣喜的心情无法言表：

朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。

如果李白乘飞机，不知如何写佳作。是否同意写成如下：

朝辞白帝彩云间，千里江陵一时还。两耳风声鸣不住，轻机已过万重山。

人类要想自由飞翔，必须做到：

1、必须有良好的气动外形

2、必须有轻巧的结构

3、必须有相当的动力

4、必须达到一定的速度

5、必须有机敏的操纵机构

6、必须有导航系统

与鸟的飞行不同，飞机在空中能够飞行是依靠与空气的相对运动，而产生作用在飞机上的力和力矩来实现的。如对于水平等速直线飞行而言，从飞机受力条件，有（升力与重力平衡）

L＝G L V

￥

F＝D D//V

（推力与阻力平衡）

￥

M=0 (俯仰力矩保持守恒）

飞机产生升力必须具备的条件：

（1）有空气（飞机在空中飞行是靠作用于飞机上的空气动力）。此外，喷气发动机的氧气也是取源于空气。（2）必须存在一定的飞行速度（飞机和空气之间要有一定的相对运动，产生空气动力）。

（3）要有适当的气动外形、受力大小和飞行姿态。

（4）必须存在保持和改变飞行状态的能力。

1、飞机的气动布局

不同类型的飞机、不同的速度、不同的飞行任务，飞机的气动布局是不同的。

何为飞机的气动布局？

广义而言：指飞机主要部件的尺寸、形状、数量、及其相互位置。

飞机的主要部件有：推进系统、机翼、机身、尾翼（平尾、立尾）、起落架等。

按机翼和机身连接的相互位置分为：

按机翼弦平面有无上反角分为：

按立尾的数量分为：

按机翼与平尾的相对纵向位置分为：

2、机翼的形状

机翼的外形五花八门、多种多样，有平直的，有三角的，有后掠的，也有前掠的等等。然而，不论采用什么样的形状，设计者都必须使飞机具有良好的气动外形，并且使结构重量尽可能的轻。所谓良好的气动外形，是指升力大、阻力小、稳定操纵性好。

美国战术运输机C-130

上单翼、平直机翼、4发翼下吊布置、正常式布局

F-22猛禽—当今世界最先进的第四代战斗机中单翼、双发、梯形翼、双立尾正常式

喷火战斗机—英国第二次世界大战名机

下单翼、椭圆形机翼、正常式布局

B-52远程战略轰炸机（同温层堡垒）

上单翼、4发翼下吊、后掠翼、正常式布局

协和号超声速客机（Ma=2.04）

双发三角形机翼布局

A380客机远程宽身运输机

下单翼、四发翼下吊、后掠翼、正常式布局

S37前掠翼战斗机（三翼面布局）

一般而言：

运输机----多数采用上单翼（便于装货）

高亚音速客机---下单翼布局、后掠翼、正常式布局

（升阻比大，运行经济，座舱噪声低，视野宽）

（在机身下半部放置货物）

战斗机----多数采用中或下单翼，三角翼、大后掠翼正常或鸭式布局

（速度快、阻力小、机动灵活、失速迎角大）

3、坐标系定义

x轴：机翼纵轴，沿机翼对称面翼型弦线，向后为正；

y轴：机翼竖轴，机翼对称面内，与x轴正交，向上为正；

z轴：机翼横轴，与x、y轴构成右手坐标系，向左为正。

机翼平面形状机翼上反角机翼几何扭转以下是用来衡量机翼气动外形的主要几何参数：

翼展：翼展是指机翼左右翼尖之间的长度，一般用l表示。机翼面积：是指机翼在oxz平面上的投影面积，一般用S表示。

翼弦：翼弦是指机翼沿机身方向的弦长。除了矩形机翼外，机翼不同地方的翼弦不一样，有翼根弦长b

0、翼尖弦长b

1

。

几何平均弦长b

pj

定义为

展弦比：翼展l和平均几何弦长b

pj

的比值叫做展弦比，用λ表示，其计算公式可表示为：

展弦比也可以表示为翼展的平方与翼面积的比值。

展弦比越大，机翼的升力系数越大，但阻力也增大。高速飞机一般采用小展弦比的机翼。

根梢比：根梢比是翼根弦长b

0与翼尖弦长b

1

的比值，一般用η表示，

梢根比：是指翼尖弦长b

1与翼根弦长b

的比值，一般用ξ表示。

上反角 ---指机翼弦平面和xoz 平面的夹角，当机翼有扭转时，则是指扭转轴和xoz 平面的夹角。当上反角为负时，就变成了下反角。低速机翼采用一定的上反角可改善横向稳定性。 =+70 --- -30。

后掠角：后掠角是指机翼与机身轴线的垂线之间的夹角。

后掠角又包括：

前缘后掠角-------机翼前缘与机身轴线的垂线之间的夹角，一般用χ0表示。

后缘后掠角--------机翼后缘与机身轴线的垂线之间的夹角，一般用χ1表示。

1/4弦线后掠角------机翼1 /4弦线与机身轴线的垂线之间的夹角，一般用χ

0.25

表示。

如果飞机的机翼向前掠，则后

掠角就为负值，变成了前掠角。

几何扭转角：机翼上平行于对称面的翼剖面的弦线

相对于翼根翼剖面弦线的角度称为机翼的几何扭转角；如右图所示。若该翼剖面的局部迎角大于翼根翼剖面的迎角，则扭转角

为正。沿展向翼剖面的局部迎角从翼根到翼梢是减少的扭转称为外洗，扭转角为负。反之成为内洗。

除了几何扭转角之外还有气动扭转角，指的是平行于机翼对称面任一翼剖面的零升力线和翼根翼剖面的零升力线之间的夹角。 安装角 ：机翼安装在机身上时，翼根翼剖面弦线与机身轴线之间的夹角称为安装角。