航空模型的飞行原理

航空模型的飞行原理

第一节绪论与基本概念

简单地说，模型飞机就是小飞机。同大飞机一样，也有机翼、机身和尾翼等部分，因而，模型飞机的飞行原理与大飞机基本上是一样的，但也因为尺寸其小，又会产生出一些不同于大飞机的飞行特点，了解了这一点，便不会将大飞机的理论盲目地应用到模型飞机上。

模型飞机主要研究：

(1)翼型；

(1)如何提高机翼的性能；

(2)模型飞机的稳定性；

(3)模型飞机各部分的比例与配置

(4)螺旋桨；

1.有关空气的一些基本知识

(1)空气是一种混合气体，地面空气含氧20.9%，含氮气78%

左右，越高空气越稀薄；

(2)空气具有可压缩性；

(3)空气的压强p：

物体表面单位面积所受到的空气压力称为空气的压强。

越是接近地面，空气越是密集，温度越高，大气的压强越

大。气候不同时，大气的压力也不同，低气压预示着坏天

气的来临。

在海平面、温度15︒C时的压力称为标准大气压，为每平方厘米1.034千克力，也称为一个大气压。相当于760毫米汞柱的向下压强。为简便计，有时工程上也将1千克力/厘米2算作1个大气压。

但在空气流动时，物体上受到正面冲击的部分，压强会增大。这种因气流流动而形成的压强称为动压强。大风天里逆风骑车会感到很吃力，就是因为动压强增大的缘故。而汽车为了提高车速，减少油耗，做成流线型，就是为了减少动压强。反之，作用于平行于气流方向的物体表面上的压强称为静压强。

气体流动时，速度越大，动压强越大，而静压强越小。反之，速度越小，动压强越小，而静压强越大。气体不动时，静压强最大。这个关系用数学公式表达出来，就是后面要学习的伯努利定律。

(4)空气的密度ρ：

物体内所含有的物质的数量称为质量。不论是在地球，还是在月球上，质量是不变的。而重量与g有关，不同的地方，因g有微小的变化，而使重量有微小的变化，但这种微小的变化实际上是难以感觉或测量出来的。

空气的密度，就是单位体积空气的质量。气压不同，空气的密度也不同。

每单位体积空气的质量称为空气的密度。按照国际标准，

在海平面温度15︒C ，压强760毫米汞柱下，空气的密度为

1.226千克/米3。而纯净的水，每立方米的质量为1000千克，所以比较起来，空气是很轻的。

对于一般的模型飞机的计算来说，一般采用海平面的标准值就可以了。但如果大气情况不是标准值，温度不是15︒C ，压强不是760毫米汞柱高，可从下式计算出大气密度： t p +=273465.0ρ (1-1)

式中：ρ－大气密度，单位：千克/米；

P －大气压强，单位：毫米汞柱；

T －大气温度，单位：摄氏度，︒C 。

离地面越高，压力p 越小，或是温度t 越高，都会使得空气的密度ρ越小。

(5) 空气的黏度μ

将两块木板合在一起，固定下面的一块不动，推动上面的一块，我们便会感觉到有摩擦力。这种摩擦力就是固体于固体之间的摩擦力。为了减小摩擦力，可在两平板之间加上润滑油。加上润滑油后，可大大减小摩擦力，但并不能完全消除。即使加了很多润滑油，以至使两平板之间，隔着一层润滑油，而完全分开。虽然摩擦力小多了，但仍然存在摩擦力。不过这时的摩擦力已不是固体与固体之间的摩擦力，而是润滑油由于黏性作用而产生的摩擦力。

为了进一

步了解黏

性的作

用，可将

油层的厚度放大很多倍来考虑。并将两块平板之间的油层看作是由很多很薄的油层所组成。

最靠近下面一块平板的油层，由于黏性的作用，附在下面的平板上。当下面的平板不动时，油层也不动，所以它的速度是零。而最靠近上面平板的一层也是附着在上面的平

板上。所以，当上面的平板以速度V 移动时，有层的速度也是V 。而介于这两薄层之间的其他油层的速度便不一致了。越靠近下面的速度越小，越靠近上面的

速度越大。从下至上，所有油层的速度

变化是从0逐渐增加到V 。

由于每一薄层的速度都不同，所以油层与油层之间会产生摩擦力，即所谓的黏性摩擦力。实验的结果说明：当下平板不动时，黏性摩擦力f 近似地与上平板的速度V 和平板的面积S 成正比，而与两平板之间的距离，即油层的总厚度d 成反比，有关系式：

d SV

f

干摩擦

油摩擦

(1-2)

式中：f －黏性摩擦力，单位：牛；

V －两平板的相对速度，单位：米/秒；

d －油层的厚度，单位：米； S －平板面积，单位：米2；

乘上系数μ，可将上式改为等式：

d SV f μ= (1-3)

式中：μ－(动力)黏度(旧称，黏性系数)

显然，μ由油的黏性和温度来决定：油的黏性越大，温度越低，μ就越大；反之，越小。

(1-3)式可改写为：

SV fd

=μ

(1-4)

μ就是粘度。可见粘度与f 、d 成正比，而与S 、V 成反比。 代入f 、d 、S 、V 的单位，可得：

μ的单位＝()

秒秒＝帕米牛米秒牛＝秒米米米牛••=•••222// 式中：帕，是压力的单位。

对于不同的流体，μ的数值也不同。将(1-3)式除以S ，得到每单位面积的黏性摩擦力：

d V

f μ='

(1-3a)

即，只要知道了在垂直于流体流动方向上的，每单位长度上的速度的变化量V/d和μ的数值便可求出每单位面积的黏性摩擦力f’。

流体的黏性摩擦力的计算完全可以应用到气体上。空气也是有黏性的，当温度为15︒C时，空气的粘度为0.0000178帕•秒。由此可见，空气的粘度是非常微弱的。

(6)边界层、摩擦阻力、层流边界层、湍流边界层

空气流过物体表面的时候，也像润滑油一样，最靠近物体表面的空气是粘附在物体表面的，离开表面稍远，气流的速度便稍大。远到一定的距离后，黏性作用已可忽略不计，在这附近的气流速度等于没有黏性作用时的，即没有物体时的气流速度。所以空气的黏性作用只是明显地发生在物体表面薄薄的一层空气内，这一薄层的空气称为边界层(旧称附面层)。

在边界层内的空气流动情况与外面的气流不同，边界层最靠近物体表面的地方的气流速度是0，而最外面的地方

度

和外面的气流流动速度相同。我们将边界层的各层的局部