机翼空气动力学原理

低速、亚音速飞机的空气动力

环境c091 王亚飞

飞机上的空气动力学和现在的流体力学有着相同的特点，研究空气动力学可以间接的学习流体力学，而空气动学上的最突出的应用就是飞机，所以现在着重讲述下飞机的空气学特点，

翼型的升力和阻力

飞机之所以能在空中飞行，最基本的事实是，有一股力量克服了它的重量把它托举在空中。而这种力量主要是靠飞机的机翼与空气的相对运动产生的。

迎角的概念 飞行速度（飞机质心相对于未受飞机流场影响的空气的速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线（一般取机翼翼根弦线或机身轴线）之间的夹角，称为迎角(图2.3.5(a))，用α表示。当飞行速度沿机体坐标系（见2.4.1节）竖轴的分量为正时，迎角为正。

如果按照相对气流（未受飞机流场影响的气流）方向，则相对气流速度（未受飞机流场影响的空气相对于飞机质心的运动速度）在飞机参考平面上的投影与某一固定基准线之间的夹角就是迎角，且当相对速度沿机体坐标系竖轴的分量为负时，迎角为正(图2.3.5(b))。

图2.3.5 迎角 图2.3.6小迎角α下翼剖面上的空气动力

1—压力中心 2—前缘 3—后缘 4—翼弦

升力和阻力的产生 根据我们已经讨论过的运动的转换原理，可以认为在空中飞行的飞机是不动的，而空气以同样的速度流过飞机。如图2.3.6所示，当气流流过翼型时，由于翼型的上表面凸些，这里的流线变密，流管变细，相反翼型的下表面平坦些，这里的流线变化不大(与远前方流线相比)。根据连续性定理和伯努利定理可知，在翼型的上表面，由于流管变细，即流管截面积减小，气流速度增大，故压强减小；而翼型的下表面，由于流管变化不大使压强基本不变。这样，翼型上下表面产生了压强差，形成了总空气动力R，R的方向向后向上。根据它们实际所起的作用，可把R分成两个分力：一个与气流速度v垂直，起支托飞机重量的作用，就是升力L；另一个与流速v平行，起阻碍飞机前进的作用，就是阻力D。此时产生的阻力除了摩擦阻力外，还有一部分是由于翼型前后压强不等引起的，称之为压差阻力。总空气动力R与翼弦的交点叫做压力中心(见图2.3.6)。好像整个空气动力都集中在这一点上，作用在翼型上。

空气动力学原理

空气动力学是一门研究物体在空气中运动的力学分支，它涵盖了空气流动的基本原理、空气动力性能的测量、空气动力学模型的建立以及空气流体的结构和动力特性。

空气动力学的基本原理是气动力学定律，即描述了空气在物体表面及其周围流动形式及受力情况的定律。气动力学定律包括拉普拉斯定律和减重定律。拉普拉斯定律是指空气流体在物体表面的压力和速度的变化规律，减重定律指的是空气流体在物体表面的阻力与相对速度和尺寸的变化规律。

空气动力学的测量方法，主要是气动试验，包括气动实验、气动模拟试验和数值模拟实验。气动实验是指在真实环境中测量空气动力性能，如飞机受力测试、翼型受力试验等；气动模拟实验是在模型实验室中模拟物体在真实环境中的运动，如模型飞机受力测试、模型翼型受力试验等；数值模拟实验是在计算机上模拟物体在真实环境中的运动，如计算机仿真试验等。

空气动力学的建模和分析是指基于空气动力学的基本原理，利用数学方法建立空气动力学模型，以及利用模型分析和预测空气动力学性能的过程。空气动力学模型一般分为两类：静力学模型和动力学模型。静力学模型是指建立物体在静止状态时的空气动力学性能模型，如飞机抗风阻力模型；动力学模型是指建立物体在运动状态时的空气动力学性能模型，如飞机运动模型等。

空气动力学的结构特性和动力特性是指空气流体的结构和特性，如流场性质、压力场特性、动能场特性等。空气动力学的结构特性可以用空气动力学的基本原理来分析，而空气动力学的动力特性可以用气动实验、气动模拟实验和数值模拟实验来测量。

空气动力学是一门研究物体在空气中运动的力学分支，通过气动力学的基本原理、气动实验、气动模拟实验和数值模拟实验，空气动力学可以用来研究物体在空气中的运动，测量物体的空气动力性能，以及分析和预测空气动力学的结构和动力特性。

飞机机翼原理与功能图文详解

2006年11月14日 星期二 上午 10:48

机翼各翼面的位置图

图片说明：上图为机翼各翼面的位置图，民航飞机的机翼各翼面位置一般类似。机翼上各操纵面是左右对称分布，部分由于图片受限未标出

机翼的基本概念

机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行；同时也起一定的稳定和操纵作用。是飞机必不可少的部件，在机翼上一般安装有飞机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。另外，机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。

相关名词解释：

翼型：飞机机翼具有独特的剖面，其横断面（横向剖面）的形状称为翼型，称为翼型

前缘：翼型最前面的一点。

后缘：翼型最后面的一点。

翼弦：前缘与后缘的连线。

弦长：前后缘的距离称为弦长。如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长 迎角(Angle of attack) ：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。

翼展：飞机机翼左右翼尖间的直线距离。

展弦比：机翼的翼展与弦长之比值。用以表现机翼相对的展张程度。

上（下）反角：机翼装在机身上的角度，即机翼与水平面所成的角度。从机头沿飞机纵轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。同理，向下垂时的角度就叫下反角。

上（中、下）单翼：目前大型民航飞机都是单翼机，根据机翼安装在机身上的部位把飞机分为上（中、下）单翼飞机也有称作高、中、低单翼。

机翼安装在机身上部（背部）为上单翼；机翼安装在机身中部的为中单翼，机翼安装在机身下部（腹部）为下单翼。

上单翼的飞机一般为运输机与水上飞机，由于高度问题，此时起落架等装置一般就不安装在机翼上，而改在机身上，使用上单翼的飞机一般采用下反角的安装。

中单翼因翼梁与机身难以协调，几乎只存在理论上；

下单翼的飞机是目前民航飞机常见的类型，由于离地面近，便于安装起落架，进行维护工作，使用下单翼的飞机一般采用上反角的安装。

空气动力学及其在飞机设计中的应用

空气动力学是研究流体力学中的空气流动和其与物体的相互作用的学科，在飞机设计中扮演着极为重要的角色。本文将从航空工业的历史、空气动力学的基础理论、以及它在飞机设计中的应用等几个方面进行介绍。

一、航空工业的历史

飞机作为现代交通工具之一，其发展历史可以追溯到人类发明第一架能飞行的机器的那一天。但真正的航空工业始于20世纪初，当时飞行实用化和市场化的需求推动了飞机的快速发展。一战和二战期间，飞机技术有了飞速发展，取得了不少创新和突破，迅速从简单的木质机身和布面机翼转型为全金属机身和涡桨发动机，而后慢慢进化到现代的高速喷气式飞机。现在，随着科技的发展，飞机的航程不断扩大、载重不断提升、速度越来越快，这些都离不开空气动力学在飞机设计中的应用。

二、空气动力学的基础理论

空气动力学建立在牛顿力学和流体静力学的基础上，它探讨的是在气动力与飞行器的运动之间的关系。空气经飞行器表面滑过时将会产生气动力，其中主要分为升力、阻力、侧向力、滚转力等。升力和阻力是影响飞行器能否飞行的两个重要因素，每一种飞行器都需要在空气动力学的基础上进行设计和计算，以保证能够满足机身稳定、起降平稳、飞行速度快等多方面的需求。

空气动力学的基础概念有如下几个：

1. 马赫数：表示飞行器相对空气的速度。通常情况下，随着飞行速度的上升，马赫数也会不断提升。

2. 空气动力系数：表示气动力的大小，包括空气阻力系数、升力系数等。这个系数的大小与飞行器的造型、速度、姿态等因素都有关系。 3. 升力和阻力：升力是飞行器向上所产生的力量，使飞机在空中飞行的基础，阻力是空气流动时由于与飞机表面的摩擦所产生的阻力。

三、空气动力学在飞机设计中的应用

飞机的设计需要考虑多方面的因素，例如安全、性能、适应性和经济性等，而空气动力学往往是其中的重要方面。在设计和制造飞机时，空气动力学常用的方法有如下几个：

1. 数值模拟：利用计算机等工具进行流场分析、数值模拟等，通过对空气动力学特性的预估和优化实现飞机性能提高和噪音减少等目标。