TA的每日心情 | 难过 2019-4-30 13:17 |
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本帖最后由 xlan1976 于 2013-10-9 15:51 编辑 + F0 t$ X. n$ G
晨枫 发表于 2013-10-9 08:17 - u' U4 e" v6 h! s3 c9 G# i
A350的小翼号称shark fin或者sharklet ' P' H, \8 ]7 G( K" Y
) M8 i7 u& y: ~' m8 ?既然晨大说了,那我就把这个问题详细展开一下。
4 T3 ^: j1 U% C0 Q0 V0 G+ g+ s不管是叫sharklet还是所谓的raked wngtip还是翼尖小翼,这种名字上的噱头没有啥实际意义。这种翼尖设计形式的目的在于用更高的效率来减小诱导阻力。1 _, m& {* V/ d4 Z9 g
什么是诱导阻力呢。飞机在低速飞行时(低于音速),在水平方向上主要有四种阻力形式:压差阻力、诱导阻力、摩擦阻力和干扰阻力,压差阻力所占的比重最大,其次是诱导阻力。6 ~: `9 s F% k! Q" R. n; _# N+ w
我们知道,飞机在飞行时的升力是靠机翼上下表面的压强差实现的,那么在翼尖,由于机翼下表面压强大于上表面,气流会从机翼下表面绕过翼尖流向上表面,从而在翼尖处形成漩涡,随着飞机向前飞行,漩涡不断向后方流去,形成翼尖涡流。这个涡流在机翼表面形成向下的下洗速度,这个下洗速度使得流过机翼的气流速度向下偏转,从而使得其所产生的气动力发生偏转,气动力的垂直分量就是升力,水平分量就是诱导阻力。/ [* B2 \4 M$ h
对于诱导阻力的研究很早就有,传统的减小诱导阻力的方法有两个:
) T8 M: _! O p9 u2 z. \' P一个是采用大展弦比的平直翼,这样的机翼翼尖狭窄,翼尖产生的升力较小,因此产生的翼尖涡流也比较弱,从而可以获得较小的诱导阻力;8 Z4 {; B- R, f) l. [* ~$ o, S1 b
另一个是采取根梢比约为2.5的机翼形式,根梢比是指翼根弦长和翼尖弦长之比,三角翼的根梢比理论上是无穷大.根梢比2.5时机翼上的气动载荷分布接近椭圆形,因此我们可以看到很多很多60年代以前的螺旋桨飞机采用平直翼和椭圆形的翼尖形式,就是这个道理。) s# ?2 L( j. R1 u: U3 @7 B6 ^
诱导阻力系数的公式是:Cxi=kCy2/πλ% m; {7 n/ y, y- w E$ x! C
Cy2是升力系数的平方;λ是展弦比;k是根梢比的函数,根梢比2.5时,k最小( s8 C* @* N; S, B
随着飞行速度的不断提高,考虑到流体压缩性影响的显著,大展弦比的平直翼和椭圆形的翼尖采用的较少了。对于超音速飞机来说,由于波阻是主要考虑因素,亚音速下的四种阻力形式居于次要地位,所以超音速飞机基本不考虑诱导阻力的问题。但是对于高亚音速飞机来说,就需要一种新的形式来减小诱导阻力,翼尖小翼就这样应运而生了。。* g& O6 u0 A! Y, |1 A, b7 d
翼尖小翼的思路很简单,就是直接阻止气流从机翼下表面向上表面流动形成涡流,同时由于气动力的方向向垂直方向恢复,还可以起到提高翼尖产生的升力的作用。; q) `& F% V/ z6 n$ P' `
但翼尖小翼的缺点也是显而易见的,首先翼尖小翼垂直于机翼,它既不产生升力也不产生动力。同时翼尖小翼位于翼尖,离翼根最远,对翼根产生的弯矩较大,这样不仅翼尖小翼本身的质量,翼根机构加强也会增加飞机整体的重量。此外,翼尖小翼还会增加干扰阻力和摩擦阻力。
) P& q4 ]$ W' b! a. \3 v5 J3 f$ U翼尖小翼的目的是减弱翼尖涡流的产生,要达到这个目的,翼尖小翼就要有足够的高度来阻止气流绕过翼尖流动,这样随着对减小诱导阻力的要求越来越高,简单的翼尖小翼形式尺寸上就会变得越来越大。。看看767-400那巨大的翼尖小翼。。在减小诱导阻力的同时也给飞机在重量上带来巨大的负担。。
' ?. Z( F" m7 m3 j- a& q因此,随着空气动力学研究的发展,翼尖小翼开始呈现现在这种形式,仔细看看787和350的翼尖小翼,其实它就是传统的翼尖小翼和根梢比2.5的翼尖形式的结合。这样可以使得翼尖小翼与机翼更加融为一体,翼尖小翼本身也可以产生升力,提高了气动效率。同时可以采用较小的翼尖形式,改善了机翼整体的受力状况,减轻了结构重量。8 B2 q, I4 o, R# g- o& R8 A
现在787和350的这种翼尖形式应该是空气动力学研究和大量风洞实验的成果,使其更加符合实际流场的特点,从而获得更好的气动效率。
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