(完整版)第四章飞行器的阻力和减阻技术
完整版飞行器的阻力和减阻技术
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的米格 21战斗机
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的飞机
（5）激波阻力
? 激波阻力是飞机在空气飞 行过程中产生的一种较强的波 ，由空气遭到强烈的压缩而形 成。当飞行器超声速飞行时， 由于飞行器的能量以强压力波 的形式向周围的空气传递而产 生的一种独特的阻力。激波阻 力对超声速飞行器 翼身组合体 的体积 和横截面积 分布十分敏 感。
现代飞机设计技术
航 空 工 程 学 院孟
令 兵
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
?空气阻力，对于依靠空气升力支撑的飞机 而言，阻力不可避免的负面代价。纵观飞 机的发展史，减阻是永恒的话题。
什么是阻力？
阻力：阻碍运动的力
空气阻力的分类
?空气阻力主要分为： ?压差阻力 ?摩擦阻力 ?诱导阻力 ?干扰阻力 ?激波阻力
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
（4）干扰阻力
? 机翼、机身、尾翼、发动 机吊舱等，单独放在气流 中所产生的阻力的总和并 不等于整体所产生的阻力 、而是往往小于把它们组 成一个整体时所产生的阻 力。所谓“干扰阻力”就 是飞机各部分之间由于气 流相互干扰而产生的一种 额外阻力。
降低摩擦阻力的方法
?为了减小摩擦阻力，如今比较普遍的做法 是尽可能地提高飞机表面的光滑程度。这 就催生了埋头铆钉等新型零件。此外，摩 擦阻力也与飞机和机翼的尺寸有关。
ห้องสมุดไป่ตู้
提高飞机表面光滑度
（3）诱导阻力
?机翼产生升力的同时，由于 机翼下表面压力大，上表面 压力小，下翼面的高压气流 会绕过两端翼尖 ,力图向翼上 翻，形成翼尖涡。翼尖涡流 使流过机翼的空气产生下洗 速度，此速度有一个向后的 分量，从而产生诱导阻力。
飞机升力与阻力详解图文
飞行基础知识①升力与阻力详解图文升力是怎样产生的任何航空器都必须产生大于自身重力的升力才能升空飞行,这是航空器飞行的基本原理.前面我们提到,航空器可分为轻于空气的航空器和重于空气的航空器两大类,轻于空气的航空器如气球、飞艇等,其主要部分是一个大大的气囊,中间充以比空气密度小的气体如热空气、氢气等,这样就如同我们小时候的玩具氢气球一样,可以依靠空气的静浮力升上空中.远在一千多年以前,我们的祖先便发明了孔明灯这种借助热气升空的精巧器具,可以算得上是轻于空气的航空器的鼻祖了.然而,对于重于空气的航空器如飞机,又是靠什么力量飞上天空的呢相信大家小时候都玩过风筝或是竹蜻蜓,这两种小小的玩意构造十分简单,但却蕴含着深刻的飞行原理.飞机的机翼包括固定翼和旋翼两种,风筝的升空原理与滑翔机有一些类似,都是靠迎面气流吹动而产生向上的升力,但与固定翼的飞机有一定的差别；而旋翼机与竹蜻蜓却有着异曲同工之妙,都是靠旋翼旋转产生向上的升力.机翼是怎样产生升力的呢让我们先来做一个小小的试验：手持一张白纸的一端,由于重力的作用,白纸的另一端会自然垂下,现在我们将白纸拿到嘴前,沿着水平方向吹气,看看会发生什么样的情况.哈,白纸不但没有被吹开,垂下的一端反而飘了起来,这是什么原因呢流体力学的基本原理告诉我们,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,白纸上面的空气被吹动,流动较快,压强比白纸下面不动的空气小,因此将白纸托了起来.这一基本原理在足球运动中也得到了体现.大家可能都听说过足球比赛中的“香蕉球”,在发角球时,脚法好的队员可以使足球绕过球门框和守门员,直接飞入球门,由于足球的飞行路线是弯曲的,形似一只香蕉,因此叫做“香蕉球”.这股使足球偏转的神秘力量也来自于空气的压力差,由于足球在踢出后向前飞行的同时还绕自身的轴线旋转,因此在足球的两个侧面相对于空气的运动速度不同,所受到的空气的压力也不同,是空气的压力差蒙蔽了守门员.对于固定翼的飞机,当它在空气中以一定的速度飞行时,根据相对运动的原理,机翼相对于空气的运动可以看作是机翼不动,而空气气流以一定的速度流过机翼.空气的流动在日常生活中是看不见的,但低速气流的流动却与水流有较大的相似性.日常的生活经验告诉我们,当水流以一个相对稳定的流量流过河床时,在河面较宽的地方流速慢,在河面较窄的地方流速快.流过机翼的气流与河床中的流水类似,由于机翼一般是不对称的,上表面比较凸,而下表面比较平,流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水,流速较快,而流过机翼下表面的气流正好相反,类似于较宽地方的流水,流速较上表面的气流慢.根据流体力学的基本原理,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高,换一句话说,就是大气施加与机翼下表面的压力方向向上比施加于机翼上表面的压力方向向下大,二者的压力差便形成了飞机的升力.当飞机的机翼为对称形状,气流沿着机翼对称轴流动时,由于机翼两个表面的形状一样,因而气流速度一样,所产生的压力也一样,此时机翼不产生升力.但是当对称机翼以一定的倾斜角称为攻角或迎角在空气中运动时,就会出现与非对称机翼类似的流动现象,使得上下表面的压力不一致,从而也会产生升力.飞机的阻力凡是懂得物理知识的人都知道,飞机在飞行的过程中,机体上所受的力是平衡的.飞机的重力与飞机产生的升力平衡,而飞机的发动机的作用则是克服飞机所受的阻力,推动飞机前进,使得飞机相对于空气运动,从而产生升力.大家肯定要想,飞机发动机的功率那么大,难道飞机上所受的阻力有那么大吗的确,飞机在高速飞行的同时,会因为不同原因受到非常大的阻力.从产生阻力的不同原因来说,飞机所受的阻力可以分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、干扰阻力、激波阻力等.摩擦阻力当两个物体相互滑动的时候,在两个物体上就会产生与运动方向相反的力,阻止两个物体的运动,这就是物体之间的摩擦阻力.当飞机在空气中飞行时,飞机也会受到空气的摩擦阻力,飞机的摩擦阻力是因为空气的粘性造成的.当气流流过物体时,由于粘性,空气微团与物体表面发生摩擦,阻滞了气流的流动,这就是物体对空气的摩擦阻力,反之,空气对物体也给予了摩擦阻力.摩擦阻力是在边界层中产生的.所谓边界层就是紧贴物体表面,流速由外部流体的自由流速逐渐降低到零的那一层薄薄的空气层.边界层中气流的流动情况是不同的.一般机翼大约在最大厚度之前,边界层的气流各层不相混杂而成层地流动,这部分叫做“层流边界层”.在这之后,气流的活动转变为杂乱无章,并且出现了漩涡和横向流动,这部分叫做“紊流边界层”.从“层流边界层”转变为“紊流边界层”的那一点叫做“转捩点”. 边界层中的摩擦阻力大小与流动情况有很大关系,从大量的实践证明,对于层流流动,物体表面受到的摩擦阻力小,而紊流流动对物面的摩擦阻力大的多.在普通的机翼表面,既有层流边界层,又有紊流边界层,所以为了减小摩擦阻力,人们就千方百计地使物体表面的流动保持层流状态,例如通过在机翼表面上钻孔,吸除紊流边界层,这样就可以达到减阻的目的.另外,提高加工精度,使层流边界层尽量的长,延缓转捩点的出现,甚至抑制它的出现,也可以起到很好的效果.这些都是飞机设计中的层流机翼的概念.物体表面受到的摩擦阻力还跟物体的表面积有关系,面积越大,阻力也越大.因此在人们试图减小飞行阻力的时候,减小飞机的尾翼或者机翼的面积也是一个有效的方法.当然前提条件是保证产生足够的升力和控制力.例如使用推力矢量技术的飞机,由于有了发动机推力直接用于飞行控制,这样飞机的尾翼就可以减小或者去除,这样就可以大大的减小摩擦阻力.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来.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y 1.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”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.干扰阻力飞机上除了摩擦阻力,压差阻力和诱导阻力以外,还有一种“干扰阻力”值得我们注意,实践表明,飞机的各个部件,如机翼、机身、尾翼等,单独放在气流中所产生的阻力的总和并不等于、而是往往小于把它们组成一个整体时所产生的阻力.所谓“干扰阻力”就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外阻力.如图所示,气流流过机翼和机身的连接处,由于机翼和机身二者形状的关系,在这里形成了一个气流的通道.在A处气流通道的截面积比较大,到C点翼面最圆拱的地方,气流通道收缩到最小,随后到B处又逐渐扩大.根据流体的连续性定理和伯努利定理,C处的速度大而压强小,B处的速度小而压强大,所以在CB一段通道中,气流有从高压区B回流到低压区C 的趋势.这就形成了一股逆流.但飞机前进不断有气流沿通道向后流,遇到了后面的这股逆流就形成了气流的阻塞现象,使得气流开始分离,而产生了很多旋涡.这些旋涡表明气流的动能有了消耗,因而产生了一种额外的阻力,这一阻力是气流互相干扰而产生的,所以叫做“干扰阻力”.不但在机翼和机身之间可能产生干扰阻力,而且在机身和尾翼连接处,机翼和发动机短舱连接处,也都可能产生.从干扰阻力产生的原因来看,它显然和飞机不同部件之间的相对位置有关.如果在设计飞机时,仔细考虑它们的相对位置,使得它们压强的增加不大也不急剧,干扰阻力就可减小.另外,还可以采取在不同部件的连接处加装流线型的“整流片”的办法,使连接处圆滑过渡,尽可能减少漩涡的产生,也可减少“干扰阻力”.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接过音速,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,成偏斜的是斜激波.在飞行M数超过1时例如M等于2,如果物体的头部尖削,象矛头或刀刃似的,形成的是斜激波；如果物体的头部是方楞的或圆钝的,在物体的前面形成的则是正激波.正激波沿着上下两端逐渐倾斜,而在远处成为斜激波,最后逐渐减弱成为弱扰动的边界波.斜激波的情况也是一样的,到末端也逐渐减弱而转化为边界波.在正激波之后的一小块空间,气流穿过正激波,消耗的动能很大,总是由超音速降低到亚音速,在这里形成一个亚音速区.M数的大小也对激波的形状有影响.当M数等于1或稍大于1例如M＝时,在尖头如炮弹物体前面形成的是正激波.如果M数超过1相当多例如M＝,形成的则是斜激波.正激波的波阻要比斜激波大,因为在正激波下,空气被压缩得很厉害,激波后的空气压强和密度上升的最高,激波的强度最大,当超音速气流通过时,空气微团受到的阻滞最强烈,速度大大降低,动能消耗很大,这表明产生的波阻很大；相反的,斜激波对气流的阻滞较小,气流速度降低不多,动能的消耗也较小,因而波阻也较小.斜激波倾斜的越厉害,波阻就越小.加强图仔细看啊从机翼截面观察气体流场状态下图所示为：飞机在转弯时的受力情况.假定飞机的飞行方向是由外飞进屏幕里,即飞机是在做左转弯.此时飞行员向左侧压杆,使左侧副翼上翻、右侧副翼下翻,在左翼上产生向下的力Fa、右翼上产生向上的力Fb,此二力以机身重心为中心形成一滚动力矩,使飞机向左翻滚.而从整架飞机来考虑,机翼左翻也使总升力 F 向左翻.在竖直和水平方向上将其分解,其竖直分力F1 与飞机重力G 维持平衡,保持飞机的飞行高度；水平分力F2 提供做圆周运动所需的向心力,使飞机转弯. 同理可得,飞机在俯冲时,飞行员向前推杆使平尾上的升降舵下翻,产生向上的力抬起机尾,机头向下形成俯冲姿态；爬升时向后拉杆,升降舵上翻,产生压力压下机尾,使机头向上形成爬升姿态；蹬右踏板使方向舵右翻,产生水平向左的推力推动机尾向左,使机头向右,同理,蹬左踏板使飞机向左.综上所述,如果把操纵杆向左推再向后拉,会使飞机左侧翻时做一个爬升动作,即一个左急转.其实,再复杂的机动动作也是由这么几块操纵面完成的,也就是操纵杆前后左右推拉以及不同高度、速度的排列组合,看起来开飞机好象不那么复杂吧,不过这只是在游戏里,要换成真的,光身体素质这一项就没几个人过得了关了.小常识在电子传动技术被广泛运用于航空领域之前,飞机的操控一直是依靠机械传动的,即所有操纵面的转动都要靠飞行员的体力来完成,在完成一个高过载机动时,机翼承受的加速度往往是七八个重力加速度,甚至更高,飞行员要付出的体力的巨大是可想而知的有力回馈摇杆的玩家都能体会到.而电子传动技术则彻底把飞行员从“力气活”里解放了出来,飞行变得更轻松了,也更注重技巧了,各种高难度的机动动作也诞生了,其难度也更多地反映出飞机的机动性能,而不是飞行员的身体素质.。
飞行器原理
超声速： 1.3 Ma 5.0； 高超声速： Ma >5.0
低速： Ma 0.4; 亚声速： 0.4 Ma 0.85； 跨声速： 0.85 Ma 1.3
v a
三、气体流动基本规律
超声速气流在变截面管道中流动情况和低速气流相反。 收缩管道超声速气流减速、增压；扩张形管道使超声速气 流增速、减压。
四、 飞机飞行原理
4.5 超声速飞机的气动外形
1. 飞机气动布局
超声速飞机的气动外 形，广义上讲是指飞机主 要部件的数量以及他们之 间安排和配置。
不同的布局型式对飞 机的飞行性能、稳定性和 操纵性有重大影响。
四、 飞机飞行原理
2. 飞机的几何外形和参数
机翼平面形状主要参数： 翼展、翼弦、前缘后掠角等。 影响飞机气动主要参数： 前缘后掠角、展弦比、梢根比、翼型相对厚度。
4.2 机翼升力的产生和增升装置
翼型的定义：
四、 飞机飞行原理
翼型按速度分： 翼型按形状分：
四、 飞机飞行原理
翼型几何参数：
翼弦：前缘和后缘之间的连线。 迎角：翼弦与相对气流速度之间的夹角。
四、 飞机飞行原理
1. 机翼升力的产生
前缘
后缘
空气动力作用点
翼弦
四、 飞机飞行原理
升力的大小与翼型形状和迎角大小有很大关系。不对称的流线型翼 型在迎角为零时仍可产生升力。
2. 伯努利定理（1738年）
伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用。伯努利定 理描述了流体在流动过程中流体压强和速度之间的流动关系。
丹尼尔·伯努利
不可压缩 理想流体 的伯努力 方程
连续性定理和伯努力方程是分析和研究飞机上空气动力产生的物理原因及 其变化规律的基本定理。
流体力学中的边界层控制与减阻技术
流体力学中的边界层控制与减阻技术近年来，随着科学技术的不断发展，流体力学研究取得了巨大的进展。
其中，边界层控制与减阻技术在工程和科学领域中扮演着重要的角色。
本文将探讨流体力学中的边界层控制与减阻技术的原理和应用。
1. 边界层的概念边界层是指在物体表面周围气体或流体的流动区域，其速度和压力分布与远离物体表面的自由流动存在明显变化。
边界层的存在导致了能量损失和阻力的增加，进而影响流体的流动性能。
因此，边界层控制和减阻技术的研究具有重要的实际意义。
2. 边界层控制技术边界层控制技术通过改变边界层内的速度和压力分布，来减小摩擦阻力和流体的总阻力。
常见的边界层控制技术包括：- 壁面改良技术：通过改变物体表面的纹理和涂层，减小表面的粗糙度，使流体在物体表面上形成稳定的湍流结构，从而减小摩擦阻力。
- 气体吹扫技术：通过在物体表面喷射高速气流，形成局部的低压区域，改变边界层的速度分布，从而达到减阻的目的。
- 增加引导面：在边界层的顶部加入引导面，使流体沿着物体表面流动，减小边界层的压力梯度和速度差，从而减小阻力。
3. 减阻技术的应用边界层控制与减阻技术在众多领域中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：- 航空航天领域：在飞机机翼和飞行器表面应用边界层控制与减阻技术，可以减小空气阻力，提高飞行器的速度和燃油效率。
- 汽车工程：通过改变汽车的外形设计和表面涂层，控制边界层的流动特性，可以减小汽车的空气阻力，提高燃油经济性和行驶稳定性。
- 能源领域：在风力发电和水力发电技术中，应用边界层控制与减阻技术，可以提高风机和水动力机械的效率，提高能源转化率。
总之，流体力学中的边界层控制与减阻技术在现代科学和工程的发展中起到了至关重要的作用。
随着研究的深入和技术的改进，我们相信边界层控制与减阻技术将继续为工程和科学领域的发展做出更大贡献。
第四章 飞行器的阻力和减阻技术
（3）诱导阻力
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
（3）诱导阻力
ห้องสมุดไป่ตู้1、翼尖涡流
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
迎角越大，机翼上、下表面的压力差越大，翼尖涡流越强。
2、下洗
（3）诱导阻力
V
V
涂层减阻
涂层减阻是在管道或明渠内壁涂上减阻材料以达到 减阻效果的方法, 其关键技术在于减阻涂料和涂敷技 术两个方面。最早应用于石油管道干线输气, 可以使 输运量增加 5%~20%。利用涂层的疏水性, 使得壁面 更光滑, 从而减小了阻力。
高聚合物添加剂减阻
高聚合物添加剂法是近年来减 阻研究的一个重点, 它通过在 流体中溶入少量长链高分子聚 合物来实现减阻。 高聚合物添加剂减阻是通过从 液体内部边界创造条件以实现 减阻, 它们有一个共同的特点 ：分子量的量级都高达百万。
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的米格21战斗机
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的飞机
（5）激波阻力
激波阻力是飞机在空气飞 行过程中产生的一种较强的波 ，由空气遭到强烈的压缩而形 成。当飞行器超声速飞行时， 由于飞行器的能量以强压力波 的形式向周围的空气传递而产 生的一种独特的阻力。激波阻 力对超声速飞行器翼身组合体 的体积和横截面积分布十分敏 感。
V
下洗气流速度——下洗气 流垂直向下的分速度。 下洗角——下洗气流与来 流之间的角度。
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
飞行基本知识2.3阻力
L
L’
D
●影响诱导阻力的因素
➢机翼平面形状： 椭圆形机翼的诱导阻力最小。
➢展弦比越大，诱导阻力越小 ➢升力越大，诱导阻力越大 ➢平直飞行中，诱导阻力与飞行速度平方成反比 ➢翼梢小翼可以减小诱导阻力
●展弦比对诱导阻力的影响
低展弦比使翼尖涡变 强，诱导阻力增加。
高展弦比使翼尖涡减 弱，诱导阻力变小。
P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4
P分离点
P1
P2 P3 P4
●分离区的特点三 附面层分离的内因是空气的粘性，外因是因物体
表面弯曲而出现的逆压梯度。
PA PB PC
B C
A
●分离点与最小压力点的位置 最小压力点 B
A
分离点 C
●分离点与转捩点的区别 ➢层流变为紊流（转捩），顺流变为倒流（分离）。 ➢分离可以发生在层流区，也可发生在紊流区。 ➢转捩和分离的物理含义完全不同。
●摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大
摩擦阻力占总阻力的比例
超音速战斗机
25-30%
大型运输机
40%
小型公务机
50%
水下物体
70%
船舶
90%
② 压差阻力
压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压 力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。
I. 顺压梯度与逆压梯度 顺压：A到B，沿流向压力逐渐减小，如机翼上表面前段。
●干扰阻力的消除
飞机各部件之间的平滑过渡和整流片，可以有效地 减小干扰阻力的大小。
干扰阻力在飞机总阻力中所占比例较小。
④ 诱导阻力
由于翼尖涡的诱导，导致气流下洗，在平行于相对 气流方向出现阻碍飞机前进的力，这就是诱导阻力。
飞行器主要减阻措施机理及其应用效果-力学论文-物理论文
飞行器主要减阻措施机理及其应用效果-力学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：针对阻力过大给飞行器带来的设计难度和使用成本问题，调研了当前主要减阻措施及其应用效果。
结果表明，在减小激波阻力方面，主要将强激波变成弱激波系，或者优化压力分布，使总压差阻力最小；在减小摩擦阻力方面，在层流区通过维持最大表面积的顺压梯度延迟转捩，而在湍流区通过改变表面几何形态或者在流体中添加大分子物质，减弱湍流强度，为低阻力气动外形设计方法的建立和发展提供了参考。
关键词：减阻; 激波阻力; 摩擦阻力; 等离子体; 零质量射流; 吹吸气; 鼓包; 多孔压力腔; 涡流发生器; 涂层减阻;Abstract：For the excessive drag problem which usually enlarges the design difficulty and cost of use, the flow mechanism effectiveness of drag reduction techniques has been investigated and analyzed, as well as its current effectiveness. The result shows that, the active and passive flow control techniques access the shock drag reduction though wakening the an strong shock to multi-wake shocks or reconstructing the an optimal pressure distribution, and access the fraction drag reduction by enlarging of the laminar region by favorable pressure gradient on laminar flow region and decreasing the strength of turbulence by changing the solid wall micro scale construction or adding large scale molecule to boundary. The flow mechanism can provide references for low drag aerodynamic design method construction.Keyword：drag reduction; shock wave drag; friction drag; plasma; zero-mass flux jet; push-pull airflow; bump; poros pressure chamber; vortex generator; coating drag reduction;1、引言减阻一直是航空航天领域关注的焦点，定型、批产、运营装备的各类航空运输飞机、战斗机、高空飞艇以及导弹的外形，一般都是当时技术能力下能达到阻力最小外形，飞行器的更新换代都会尽量吸收减阻技术的新成果，对外形进行持续的优化改进。
2024年无人机培训教材
无人机培训教材第一章引言无人机，又称无人驾驶飞行器（UnmannedAerialVehicle，UAV），是一种通过遥控或自主飞行方式进行各种任务的航空器。
随着科技的发展，无人机在各个领域中的应用越来越广泛，如航拍、农业、物流、环境监测等。
为了确保无人机安全、高效地运行，提高无人机驾驶员的操作技能和理论知识，本教材旨在为无人机操作者提供全面、系统的培训内容。
第二章无人机基础知识2.1无人机分类与结构无人机按照用途可分为军用、民用和商业无人机；按照飞行原理可分为固定翼无人机、旋翼无人机和多旋翼无人机。
无人机的结构主要包括飞行器、导航系统、遥控系统、任务设备等部分。
2.2飞行原理与飞行性能无人机飞行原理主要包括空气动力学、飞行力学、飞行控制等。
飞行性能参数有飞行速度、飞行高度、续航时间、载重能力等。
2.3导航与飞控系统导航系统负责无人机的定位、导航和飞行路径规划。
飞控系统负责无人机的稳定飞行、姿态控制、自动起飞、着陆等功能。
第三章无人机操作技能培训3.1遥控器操作遥控器是无人机飞行操作的主要工具，操作者需熟练掌握遥控器的各个功能键、摇杆、开关等操作方法。
3.2起飞与着陆起飞与着陆是无人机飞行过程中最关键的操作环节。
操作者需掌握起飞、悬停、着陆等基本动作，确保无人机安全起飞和着陆。
3.3飞行姿态控制飞行姿态控制是无人机飞行过程中保持稳定的关键。
操作者需掌握无人机的前进、后退、上升、下降、左转、右转等飞行姿态控制方法。
3.4自动飞行与任务设备操作操作者需掌握无人机的自动飞行模式、航线规划、任务设备操作等技能，实现无人机的高效作业。
第四章无人机法规与安全4.1无人机法规无人机驾驶员需遵守国家关于无人机的相关法规，包括飞行空域、飞行高度、飞行速度等限制。
4.2飞行安全飞行安全是无人机飞行过程中的重要环节。
操作者需了解飞行安全知识，掌握应对突发状况的方法。
第五章无人机维护与保养5.1无人机检查与维护无人机在使用过程中需定期进行检查和维护，确保飞行安全。
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等离子体减阻
沟槽减阻
目前的各种湍流减阻方法中，沟
槽表面减阻技术以其减阻效果显著 和易于推广使用的特点，被公认最 具使用潜力。该项技术在国外已投 入了实际应用，如空中客车将A320 试验机表面积的约70%贴上沟槽薄膜 ，达到节油1%～2%的效果。NASA兰 利中心在Learjet型飞机上开展的类似 飞行试验显示，沟槽表面的减阻量 约为6%左右；另一个典型的例子就 是Speedo公司（美国）生产的具有 表面的游泳衣。
沟槽减阻
该技术起源于仿生学对鲨鱼 等鱼类表皮的研究，通过在 航行体外表面加工具有一定 形状尺寸的沟槽结构（沟槽 方向与流向一致，有V形、U 形等多种形状），就能达到 很好的减阻效果。
▪ 机理：减少湍流能量损耗， 从而达到减阻的目的。
仿生柔壁法减阻
▪ 20 世纪 60 年代, 人们发现 “人造海豚皮”的减阻效果 后, 柔壁减阻越来越受到人 们的重视。通常的做法是在 固体壁面上加泡沫塑料, 往 中间充满水或油等液体后, 在上面蒙一层不渗透或半渗 透性的薄膜, 这样就能产生 一定的弹性。
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
（4）干扰阻力
▪ 机翼、机身、尾翼、发动 机吊舱等，单独放在气流 中所产生的阻力的总和并 不等于整体所产生的阻力 、而是往往小于把它们组 成一个整体时所产生的阻 力。所谓“干扰阻力”就 是飞机各部分之间由于气 流相互干扰而产生的一种 额外阻力。
降低摩擦阻力的方法
▪ 为了减小摩擦阻力，如今比较普遍的做法 是尽可能地提高飞机表面的光滑程度。这 就催生了埋头铆钉等新型零件。此外，摩 擦阻力也与飞机和机翼的尺寸有关。
提高飞机表面光滑度
（3）诱导阻力
▪ 机翼产生升力的同时，由于 机翼下表面压力大，上表面 压力小，下翼面的高压气流 会绕过两端翼尖,力图向翼上 翻，形成翼尖涡。翼尖涡流 使流过机翼的空气产生下洗 速度，此速度有一个向后的 分量，从而产生诱导阻力。
（1）压差阻力
▪ 在翼型前后由于压强 差所产生的阻力叫压 差阻力。减小压差阻 力的办法是应尽量减 小飞机的最大迎风面 积，并对飞机各部件 进行整流，做成流线 型。
（1）压差阻力
压差阻力是由于流动空气中的物体 的前后的压力差，导致气流附面层分离 ，从而产生的阻力。
（2）摩擦阻力
▪ 飞机与空气因粘性摩 擦而产生的阻力叫摩 擦阻力。减小摩擦阻 力的办法是应尽量减 少飞机与空气的接触 面积，提高飞机表面 的光滑度。
现代飞机设计技术
航 空 工 程 学 院孟
令 兵
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
第四章 飞行器的阻力与减阻技术
▪ 空气阻力，对于依靠空气升力支撑的飞机 而言，阻力不可避免的负面代价。纵观飞 机的发展史，减阻是永恒的话题。
什么是阻力？
阻力：阻碍运动的力
空气阻力的分类
▪ 空气阻力主要分为： ▪ 压差阻力 ▪ 摩擦阻力 ▪ 诱导阻力 ▪ 干扰阻力 ▪ 激波阻力
V
下洗气流速度——下洗气 流垂直向下的分速度。 下洗角——下洗气流与来 流之间的角度。
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
1、翼梢小翼
降低诱导阻力的方法
2、增大展弦比
降低诱导阻力的方法
3、地效飞行器
地面效应：它是一种使 飞行器诱导阻力减小， 同时能获得比空中飞行 更高升阻比的流体力学 效应：当运动的飞行器 掉到距地面（或水面） 很近时，整个飞行器升 力会陡然增加，诱导阻 力降低的现象。
降低激波阻力的方法
▪ 早在喷气式飞机投入实战之初，德国人就 发现，向后倾斜的机翼（后掠翼）可以延 缓音障“抖动”的发生。大量研究表明， 前掠机翼也能有效减小激波阻力。
超声速飞机外形
▪ 要实现超声速飞行的首要问题是需要减小激 波阻力。减小激波阻力的方法有：
▪ （1）采用尖头尖尾薄翼型 ▪ （2）采用后掠机翼 ▪ （3）采用三角形机翼 ▪ （4）采用变后掠机翼 ▪ （5）采用边条翼 ▪ （6）采用鸭式布局或者无尾布局
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的米格21战斗机
降低干扰阻力的方法：翼身融合
未采用翼身融合技术的飞机
（5）激波阻力
▪ 激波阻力是飞机在空气飞 行过程中产生的一种较强的波 ，由空气遭到强烈的压缩而形 成。当飞行器超声速飞行时， 由于飞行器的能量以强压力波 的形式向周围的空气传递而产 生的一种独特的阻力。激波阻 力对超声速飞行器翼身组合体 的体积和横截面积分布十分敏 感。
降低激波阻力的方法
后掠翼 三角翼
前掠翼 变后掠翼
等离子体减阻
等离子体减阻
▪ 基本原理：利用等离子体与飞行器绕流的 相互作用，使飞行器周围的流场结构（波 系结构和边界层结构状态）发生变化，致 使飞行器的气动特性和物理特性发生改变 ，从而提高飞行器的气动性能。在超声速 情况下利用人工生成等离子体与激波相互 干扰的流体动力效应，减弱飞行器激波系 ，从而减少激波阻力。
超疏水表面减阻
▪ 实验表明：流体的压降与气液接触面上的滑移速度有着 直接的联系，并且气液接触面的存在减小了液体和固体 的有效接触面积，也就是在流固界面上存在滑移边界条 件，这种滑移边界条件在层流条件下能够造成明显的减 阻效果。
微气泡减阻
仿生柔壁法减阻
▪ 一般认为, 柔顺壁的作用 使得粘性底层变厚, 边界 层上流速梯度减小, 从而 减小了边界面上的剪力, 也减小了由于剪力做功 而发散的能量, 实现了减 阻。
壁面震动减阻
▪ 该方法是最近才出现的一 种减阻方法。这种方法的 基本思想是壁面的振动可 以减小湍流和表面摩擦力 。实验结果表明, 靠近振 动壁面处湍流边界层的平 均速度梯度减小, 湍流强 度减弱, 从而验证了壁面 振动可以减小湍流边界层 的表面摩擦阻力。
诱导阻力是升力的产物。
（3）诱导ห้องสมุดไป่ตู้力
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
（3）诱导阻力
1、翼尖涡流
机翼产生 正升力
上表面P小 下表面P大
空气绕翼尖从下 表面流向上表面
翼尖涡流
迎角越大，机翼上、下表面的压力差越大，翼尖涡流越强。
2、下洗
（3）诱导阻力
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