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 & D. J3 W$ |4 r" \4 p! W0 g
晨枫 发表于 2013-10-9 08:17 ^0 {5 H* d/ g k* n
A350的小翼号称shark fin或者sharklet
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" p3 Z" l% T% b7 }4 _8 S' _既然晨大说了,那我就把这个问题详细展开一下。
, }$ b* x; ?3 w% C' J$ K6 i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。
% h/ \' e+ D0 L2 N) G* F+ z/ B! w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。, m4 I$ w" L, ]: y/ Q+ ^
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。- W8 s; Y( H' U; k" x/ 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:
( g* s% G7 o4 ]9 z3 j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;+ [: `: r a; ^: W
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。# @8 K. I- S1 j$ D
诱导阻力系数的公式是:Cxi=kCy2/πλ
- `( h6 k# o4 ? L" Y9 R$ x! \2 LCy2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- T1 S' |$ F% I; R$ ^
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。。: O2 h# z% J3 D2 K
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。' i0 h- K- ]0 L# I# n" h0 O
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。
' i) }- t1 |/ v" }) r; N0 I9 M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。。
9 @9 {7 e5 ]8 T- J* `5 g' b2 j4 B6 Z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。
4 X5 ?5 W7 O/ K6 l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。( V, \- d4 H0 h; R
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