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2-4增升原理与增升装置


飞行原理
Principles of Flight

第二章

飞机的低速空气动力

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飞行原理
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本章主要内容

r />2.1 空气流动的描述 2.2 升力和阻力

2.3升力和阻力的关系
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飞机的飞行速度与迎角

1 2 L ? W ? ?V SCL ? mg 2

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飞机的飞行速度与迎角

1 L ? W ? ?V 2 SC L ? mg ? 2

2W V? ?SC L

大速度飞行时,小迎角;

以小速度飞行,大迎角。

用增大迎角的方法维持小飞行速度是有限度的。因为当迎 角增大到临界迎角时,升力将随迎角的增加而降低。

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质量一定的飞机在起飞和着陆时,所需的升力亦为 常量,这时所需的起飞、着陆速度与机翼面积、升力系数 成反比。对于固定的飞机其机翼面积和最大升力系数一般 也是一定的,起飞、着陆速度越大,所需的跑道长度越长, 因此有必要降低起飞、着陆速度,这往往通过增升装置来 实现。

1 2 L ? W ? ?V SCL ? mg 2

2W V? ?SC L

着陆
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起飞
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●为什么要使用增升装置
用增大迎角的方法来增大 升力系数从而减小速度是有 限的,飞机的迎角最多只能 增大到临界迎角。因此,为 了保证飞机在起飞和着陆时, 仍能产生足够的升力,有必 要在机翼上装设增大升力系 数的装置。

CL max

增升装置用于增大飞机 的最大升力系数,从而缩 短飞机在起飞着陆阶段的 地面滑跑距离。
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? cr
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?飞机上采用的增升装置有多种形式
?增升装置工作原理: ?动力增升——是指采用喷管可旋转的发动机来实现 ?提高升力系数——改变翼型的弯度; 一般是通过 ——控制附面层分离, 襟翼来实现

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机翼

机翼上的操纵面与附属装置 1. 翼尖小翼 2. 低速副翼 3. 高速副翼 4. 襟翼滑轨整流罩 5. 前缘襟翼-克鲁格襟翼 6. 前缘缝翼 7. 内侧襟翼 8. 外侧襟翼 9. 扰流板 10. 扰流板-减速板
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●机翼上的襟翼 襟翼部分展开 全襟翼 全襟翼,扰流板打开

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●B747机翼上的主操纵和辅助操纵翼面

前缘襟翼

外侧(低 速)副翼 后缘内侧襟翼 地面扰流板 飞行扰流板 后缘外侧 襟翼
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内侧(高 速)副翼

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飞机的襟翼是机翼上可以偏转 和或滑动的翼片,平时飞机停 在机场上或在高空巡航飞行时, 襟翼都收拢在机翼上。

常见的主要有 ?前缘缝翼 ?前缘襟翼 ?后缘襟翼 ?特殊襟翼
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常见的襟翼主要有 ?前缘缝翼(Leading Edge Slat)

?前缘襟翼(克鲁格襟翼(Krueger Flap) )
?后缘襟翼(Flap) ?特殊襟翼

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由于襟翼的主要作用是提高飞机起飞、着陆等低速飞行阶 段的升力,因而统称增升装置。 襟翼够提供附加机翼升力的的主要原因是:

襟翼的偏转
?可以增加翼型的弯度, ?可以减少或延缓附面层的分离 ?相当于机翼延长或延伸了机翼, 使其有效面积获得了增加

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(1) 前缘缝翼(Leading Edge Slat )

α
CL
闭合

α
打开
前缘缝翼增升原理示意图

前缘缝翼打开

前缘缝翼闭合

前缘缝翼打开后气流 分离被推迟
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αcr αcr

α

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●前缘缝翼
下翼面高压气流流过缝隙,贴近上翼面流动。一方面降低逆压梯 度,延缓气流分离,增大最大升力系数和临界迎角。另一方面,减 小了上下翼面的压强差,减小升力系数。

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前缘缝翼
前缘缝翼位于机翼前缘,在大迎角下打开前缘缝 翼,可以延缓上表面的气流分离,从而使最大升力系 数和临界迎角增大。在中小迎角下打开前缘缝翼,会 导致机翼升力性能变差。

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●前缘缝翼对压强分布的影响

较大迎角下,使用前缘缝翼可以增加升力系数。

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(2)常用的后缘襟翼:当襟翼下放时,可有效提高升力,但同时 也会使阻力增大,因此主要用于飞机的起飞和着陆阶段,以减 少起飞和着陆滑跑距离。
放下后缘襟翼,使升力系数和阻力系数同时增大。因此,在起飞 时放小角度襟翼,着陆时,放大角度襟翼。

主要包括有: ① 分裂襟翼 (The Split Flap)

② 简单襟翼 (The Plain Flap)
③ 开缝襟翼 (The Slotted Flap) ④ 后退襟翼 (The Fowler Flap) ⑤ 后退开缝襟翼 (The Slotted Fowler Flap)
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① 分裂襟翼(The Split Flap)
分裂襟翼是一块从机翼后段下表面向下偏转而分 裂出的翼面,它使升力系数和最大升力系数增加,但 临界迎角减小。

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① 分裂襟翼(The Split Flap) 这种襟翼本身象一块薄板,紧贴于机翼后缘。放下襟翼,在后 缘和机翼之间,压力降低,对机翼上表面的气流有吸引作用, 使其流速增大,上下压差增大,既增大了升力,同时又延缓了 气流分离。另一方面,放下襟翼,机翼翼剖面变得更弯曲,使 上、下表面压力差增大,升力增大。由于以上两方面的原因, 放下分裂襟翼的增升效果相当好。但因大迎角放下襟翼,上表 面的最低压力点的压力更小了,使气流更易提前分离,故临界 迎角有所减小。

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① 分裂襟翼(The Split Flap)
放下分裂襟翼后,在机翼和襟翼之 间的楔形区形成涡流,压强降低,吸 引上表面气流流速增加,上下翼面压 差增加,从而增大了升力系数,延缓 了气流分离。

此外,放下分裂襟翼 使得翼型弯度增大,上 下翼面压差增加,从而 也增大了升力系数。

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②简单襟翼 (The Plain Flap) 简单襟翼:简单襟翼放下时相当于增大了机翼翼型的弯度, 从而使升力系数增大

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② 简单襟翼 (The Plain Flap)
简单襟翼与副翼形状相似。放下简单襟翼,增加机 翼弯度,进而增大上下翼面压强差,增大升力系数。但 是放简单襟翼使得压差阻力和诱导阻力增大,阻力比升 力增大更多,使得升阻比降低。

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② 简单襟翼 (The Plain Flap)

大迎角下放简单 襟翼,升力系数及最 大升力系数增加,阻 力系数增加,升阻比 降低(即空气动力性 能降低),临界迎角 降低。

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简单襟翼

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③ 开缝襟翼 (The Slotted Flap)
开缝襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时进行开 缝,和简单襟翼相比,可以进一步延缓上表面气流分离,增大机翼 弯度,使升力系数提高更多,而临界迎角却降低不多。

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③ 开缝襟翼 (The Slotted Flap)
●下翼面气流经开缝流向 上翼面

●开缝襟翼的流 线谱

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开缝襟翼:开缝襟翼的作用类似于简单襟翼和前缘缝翼的“综 合”,增升效果较好;

开缝襟翼

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④ 后退襟翼(The Fowler Flap)
后退襟翼在简单襟翼的基础上进行了改进。在下偏的同时向后滑 动,和简单襟翼相比,增大了机翼弯度也增加了机翼面积,从而使升 力系数以及最大升力系数增大更多,临界迎角降低较少。

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后退襟翼放下后退襟翼,不仅能增大了机翼翼型的弯曲度,而 且还增大了机翼面积。故增升效果好。高速飞机采用较多。

后退襟翼
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⑤后退开缝襟翼 (The Slotted Fowler Flap) 后退开缝襟翼结合了后退式襟翼和开缝式襟翼的共同特 点,效果最好,结构最复杂。

双开缝

大型飞机普 遍使用后退 双开缝或三 开缝的形式。

三开缝

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后退开缝襟翼和后退襟翼相似,也可后退。同时又和开缝襟 翼相似,当襟翼处于后退位置时,它的前缘和机翼后缘形成 一条缝隙。所以它兼有后退襟翼和开缝襟翼二者的优点,增 升效果很好,现代高速和重型飞机广泛使用。

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●747的后退开缝襟翼

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多缝襟翼

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●747的后退开缝襟翼

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前缘襟翼(克鲁格襟翼(Krueger Flap) ) 前缘襟翼位于机翼前缘。前缘襟翼放下后能延缓上表面 气流分离,能增加翼型弯度,使最大升力系数和临界迎角 得到提高。 前缘襟翼广泛应用于高亚音速飞机和超音速飞机。

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●B737-800的前缘襟翼

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特殊襟翼包括前缘襟翼、喷气襟翼: 前缘襟翼的增升原理与后缘襟翼类似。 喷气襟翼的基本原理是,利用从涡轮喷气发动机引出的压缩 空气或燃气流,通过机翼后缘的缝隙沿整个翼展向后下方以 高速喷出,形成一片喷气幕如图所示,这一方面增加了机翼 上、下表面的压力差;另一方面,喷气的反作用力在垂直方 向上的分力也使机翼升力大大增加。

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机翼上的操纵面与附属装置 1. 翼尖小翼 2. 低速副翼 3. 高速副翼 4. 襟翼滑轨整流罩 5. 前缘襟翼-克鲁格襟翼 6. 前缘缝翼 7. 内侧襟翼 8. 外侧襟翼 9. 扰流板 10. 扰流板-减速板

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主要增升装置包括:
① 前缘缝翼 ② 后缘襟翼 ③ 前缘襟翼

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●增升装置的原理总结

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2.4增升原理与增升装置

●增升装置的原理小结 增升装置的目的是增大最大升力系数。 增升装置主要是通过三个 方面实现增升: ① 增大翼型的弯度,提高 上下翼面压强差。 ② 延缓上表面气流分离, 提高临界迎角和最大升 力系数。 ③ 增大机翼面积。
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2.5 地面效应

飞机在起飞和着陆贴近地面时,由于流过飞机的气 流受地面的影响,使飞机的空气动力和力矩发生变化。 这种效应称为地面效应。

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2.5 地面效应

●地面效应的产生原因 ①上下翼面压差增加 ②地面阻碍使下洗流减小

③下洗角减小,使平尾迎角减小
飞机脱离地面 效应区

飞机处于地面 效应区
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2.5 地面效应

●地面效应的效果
①上下翼面压差增加,从而使升力系数增加。
②地面阻碍使下洗流减小,使诱导阻力减小,阻力系数减小。 ③下洗角减小,使平尾迎角减小,出现附加下俯力矩(低头力矩)。

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2.5 地面效应

●地面效应的产生范围
飞机距地面高度在一个翼展以内,地面效应对飞机有 影响,距地面越近地面效应越强。

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2.5 地面效应

●地效飞机
地效飞机是介于船和普通飞机之间的新型水上快速交通工具 。地 效飞机在民用方面使用前景也十分广阔,如可用于海上和内河快速运 输,海情侦察,水上救生等。
“小鹰”地效飞机速度可达556千米/小时

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2.5 地面效应

●地效飞机(我国的发展情况)
我国科学家也早已关注到地效飞行器的研制,发起人便是原国家科 委常务副主任、航天专家李绪鄂。1995年,他领导的中国科技开发院 联合湖北水上飞机研究所、北京空气动力学研究所成立了中国地效飞 行器开发中心,经过4年的努力,第一架中国的地效飞行器诞生了。

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