飞机机翼几何定义

上图给出了机翼几何形状的技术定义,这是影响飞机升力和阻力的主要因素之一。该术语在整个飞机工业中使用。实际的飞机机翼是复杂的三维物体,但我们将从一些简单的定义开始。该图显示了从三个方向观察的机翼;左上方显示从顶部俯视机翼的视图,右下方显示从前方观察机翼前缘的视图,左下方显示从左侧看向中心线的侧视图。侧视图显示了前缘向左的翼型形状。

俯视图

俯视图显示了简单的机翼几何形状,就像在轻型通用航空飞机上看到的一样。机翼前部(底部)称为前缘;机翼后部(顶部)称为后缘。从前缘到后缘的距离称为弦,用符号c表示。机翼的两端称为机翼翼稍,从一个机翼翼稍到另一个机翼翼稍的距离称为跨度,给定符号s。当从上方俯视机翼时,机翼的形状称为平面形状。在此图中,平面形状是一个矩形。对于矩形机翼,沿跨距的每个位置的弦长都是相同的。对于大多数其他平面形状,弦长沿着跨度是变化的。翼面积A是平面形状的投影面积,并且由前缘和后缘和翼尖界定。注意:机翼面积不是机翼的总表面积。总表面积包括上表面和下表面。机翼面积是投影面积,几乎是总表面积的一半。

展弦比衡量机翼从尖端到尖端的长度和细长程度。机翼的展弦比被定义为跨度的平方除以机翼面积并且给出符号AR。对于矩形机翼,这将减小到跨度与弦长的比率,如上图的右上方所示。

AR = s ^ 2 / A = s ^ 2 /(s * c)= s / c

高展弦比机翼具有较长的跨度(如高性能滑翔机),而低展弦比的机翼具有短跨度(如F-16战斗机)或粗弦(如航天飞机)。飞机阻力的一个组成部分称为诱导阻力,它与展弦比成反比。较高展弦比的机翼比较低展弦比的机翼具有较低的阻力和略高的升力。滑翔机通常设计成具有非常高的展弦比。由于高速效果,航天飞机的展弦比较低。F-14和F-111拥有两全其美。它们可以通过旋转机翼来改变飞行中的展弦比 - 大跨度用于低速,小跨度用于高速。

正视图

该机翼的前视图显示左翼和右翼不在同一平面内,而是形成一定角度。机翼与局部水平面形成的角度称为二面角。为了滚动稳定性,在翼上增加了二面角。如果遇到轻微的滚动位移,具有一些二面角的机翼将自然地返回其原始位置。您可能已经注意到,大多数大型客机机翼都设计有二面角。翼尖比翼根离地面更远。另一方面,高机动性的战斗机没有二面角。事实上,一些战斗机的翼尖低于根部,使飞机具有较高的侧倾率。负二面角称为上反角。历史记录:莱特兄弟设计了他们的1903飞行器,带有轻微的上反角,以提高飞机的滚动性能。

侧面图

垂直于前缘和后缘的机翼切口将显示机翼的横截面。这个侧视图称为翼型,它有一些自己的几何定义,如左下图所示。从翼型的前缘到后缘绘制的直线称为弦线。弦线将翼型切割成上表面和下表面。如果我们绘制位于上下表面中间的点,我们得到一条称为中弧线的曲线。对于对称翼型(上表面与下表面形状相同)平均弧线将落在弦线。但在大多数情况下,这些是两条不同的线。两条线之间的最大距离称为弯度,它是翼型曲率的量度(高弯度意味着高曲率)。上表面和下表面之间的最大距离称为厚度。通常,你会看到这些值除以弦长,以产生无量纲或“百分比”类型的数字。翼型可以具有各种曲面和厚度分布的组合。

流线的定义

空气动力学研究中的一个重要概念涉及流线型的概念。流线是移动流体通过一个无质量颗粒描绘出的路径。上图显示了翼型周围和圆柱周围的计算流线。在这两种情况下,我们都使用对象移动,流体从左向右流动。流线被移动的粒子描绘出来,在沿路径的每个点处,速度与路径相切。由于沿路径没有速度的正常分量,质量不能穿过流线。任何两条流线之间的质量在整个流场中保持不变。我们可以使用伯努利方程将流量线上的压力和速度联系起来。由于没有质量通过翼型(或圆柱体)的表面,因此物体的表面是流线型。

风洞设计和测试是将飞机模型固定住,空气通过模型。这种保持翼型固定并使气流通过翼型的想法可能有点令人困惑。然而,你每天都经历同样的事情!当你站在拐角处观看汽车经过时,你周围的空气相对平静。当汽车在空中移动时,存在空气动力。如果你在车里并把手伸出窗外,你可以感受到空气动力推动你的手。感觉就像空气在汽车移动时一样快地移过你的手。那么飞机也是如此。无论飞机在空中移动,还是空气被推过飞机,力量都是完全相同的。

图中显示了各种机翼和火箭鱼鳍尾翼的形状。该视图称为机翼或鱼鳍翼的平面形状。你可以看到,机翼有许多不同的平面形状:矩形,三角形,梯形,甚至是椭圆形。要确定机翼产生的升力和阻力,您必须能够计算任何这些形状的面积。该区域是其占据的二维空间量。

在图中我们列出了公式来计算各种形状的面积。

1、矩形的面积等于基数b乘以高度h:

A = h * b

2、梯形面积的等式是顶部t和底部b乘以高度h的总和的一半:

A = h * [t + b] / 2

3、三角形的面积等于基部b的一半乘以高度h:

A = .5 * b * h

4、有些鳍翼是椭圆形的。对于具有半轴a和半轴b的椭圆,该区域由下式给出:

A = pi * a * b

其中pi是圆周与圆直径的比值,等于3.1415。椭圆的特殊情况是圆,其中半轴等于半径r。

5、圆的区域是:

A = pi * r ^ 2

6、如果椭圆形翅片的根部由cr给出,并且从根部到尖端的距离由ct给出,则翅片的面积为:

A = pi * cr* ct

7、而对于像航天飞机这样的复合配置,你必须将机翼拆分成可以计算的简单形状,然后将它们加在一起。其实这些都很简单的小学知识,很好理解。这里主要还是让大家知道各种机翼的形状,以及对计算飞机升力的重要作用。

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