第12章机翼理论.ppt
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1、1,课堂提问:雁群迁徙时为什么呈”人字形”飞行?,1.机翼地几何特性,2.库塔儒可夫斯基定理,3.机翼流体动力特性,4.有限翼展机翼,本章内容:,第12章 机翼理论,2,研究目的:借助于机翼原理来产生升力(例如飞 机、风筝等)、或推力(例如螺旋桨等),因此 机翼理论的研究对船舶工程有重要意义。,研究对象:飞机机翼、水翼、船用舵、减摇鳍、 扫雷展开器、螺旋桨、风帆、研究船舶操纵性时 可将船体的水下部分视为一机翼(短翼)。此外 还有透平机械的叶片,电风扇、风机、风车、水泵的叶片,风筝等等都是机翼。,机翼理论: 流体力学最引人注目的应用课题之一,3,4,翼型具有产生的升力与阻力之比(升阻比) 尽可能
2、大的体形, 整体上是优良流线形,使流 体能顺着其表面尽可能无分离地向尖后缘流去。,翼型:机翼剖面的基本形状,一、翼型(profile),翼型的厚度与翼弦相比小得多,许多实用场合 中翼展比翼弦大得多。,12-1 机翼的几何特性,5,展长L,6,后缘或随边(trailing edge):,翼背: 背向来流的一面,前缘或导边(leading edge): 迎流的一端,翼面: 迎向来流的一面,形状可凸可凹,攻角(angle of attack): 来流与弦之间的夹角,7,工程实际中应用的一些翼型的基本形状:,后缘总是尖的(产生环量),圆前缘:减小形状阻力 尖前缘:减小压缩性所引起的激波阻力或自由表面
3、所引起的兴波阻力,8,中线(center line):翼型内各圆弧中点的连线,翼弦(chord): 中线两端的连线,常作为翼型基线,对称翼型:中线与弦线重合,厚度(thicheness):翼弦的垂线与翼型上下表 面交点之间的最大距离,相对厚度 :翼厚与弦长之比,翼型的几何参数:,9,拱度(camber):中线至翼弦距离的最大值,相对拱度:拱度与翼弦之比,最大拱度的相对位置:,最大拱度位置至前缘的距离:,对称翼型相对拱度为零,10,型值和yl 可由如下关系式表示:,y,l (x)f (x) (x),翼剖面型值: 翼型上下表面的坐标,11,1.NACA翼型,由两段抛物线相切点于最高点处组成中线弧,
4、 其方程是:,)NACA四位数字翼型(National Advisori committee for Aeronautics 的简称),(12-2),12,例如,(12-3),其厚度方程为:,13,)NACA五位数字翼型,NACA2 3 0 1 2,例如,五位数字翼型的厚度分布仍(-)式,14,翼面上最低压力点位置尽可能后移,以延长 顺压梯度段长度,使其边界层为层流状态,降低翼型总摩阻。,)NACA层流翼型,NACA层流翼型系列应用较多,例如,NACA6 4 - 2 0 8,15,层流翼型的基本形状及最小压力点位置,此外还有前苏联,德国、英国的翼型,我国 也曾设计自己翼型,但应用最多的是NAC
5、A系列翼型。,16,机翼的常见平面图形:,二、机翼的平面图形,17,展弦比=翼展的平方/翼面积,水翼 船用舵0.51.5 称小展弦比机翼 称大展弦比机翼 ,即为二元机翼,18,单位翼展上的升力,方向:顺来流逆环流转90,12-2 库塔-儒可夫斯基定理,19,静止流场中的机翼加速到的过程中, 环量产生的机理。,启动前流体周线上0,且始终为零。,突然启动,速度很快达Vo,此时流动处处无旋,绕翼型 0,二、机翼绕流环量形成的物理过程,20,T,流体绕过后缘尖点流 向翼背,,处速度为零,压 力很高,,流向遇很大逆压梯度,使边界层发生分离,形成反时针旋涡,即启动涡。,起动涡流向下游,由汤姆逊定理知必产生
6、一等值反向的涡(附着涡)。,21,由于附着的作用,向T移动,在达T点之前, 不断启动涡流向下游,也不断增大,B不断向 T点推移,直至T点为止。,机翼以继续,后缘不再有涡脱落,也不再变化,只与翼面的几何形状及的大小与方向有关。,最终,翼型上、下两股流体将在后缘汇合。,22,翼剖面上、下两股流体将在翼剖面的后 缘处汇合,流动图案如下:,流线较密,速度大。,流线稀,压力大。,23,机翼一部分是由流过上表面的空气把它吸 起来的,且上表面产生的负压对全部升力的 贡献大于下表面的贡献。,压力系数分布曲线,24,在流体力学中,通常测出不同攻角下的升 力、阻力D、对前缘的俯仰力矩,并整理 成无量纲数:,升力系
7、数:,阻力系数:,力矩系数:,12-4 机翼的流体动力特性,25,若再 突 伴随CD 突 称为“失速”,到临界攻角,升力系 数达最大值Lmax,攻角 升力系数线性,一、升力系数,26,失速产生的原因:边界层分离,临界攻角:一般由实验确定,翼剖面的失速角 一般在1020之间。,在实际应用中,出现机翼或水翼突然丧失了支 承力,舵失去操纵作用,这种现象称为“失速”。,零攻角 :升力为零时的攻角,一般为负值,越大,的绝对值也越大。,对称翼型:0,失速产生的原因,27,L与相对拱度 的关系:, 升力曲线平行上移 而cr保持不变。,0线性减小(绝对值增大),数多翼型:,28,L与相对厚度 的关系:,t12
8、%: L ,t1215%: L值最大,t 15%: Lx,29,L与雷诺数Re的关系:,Re Lmax ,增大Re,可推迟边界 层分离。,f L , 但CD ,30,变动部分称襟翼,襟翼:一种调节(可增可减)拱度的翼型。,增大面积的襟翼:同时增大f和S,故增大升力。,襟翼,31,带襟翼翼型的临 界攻角一般约减 小25,32,射流襟翼:更好地提高升力,增大临界攻角。,33,翼型粘性阻力:表面摩擦阻力和压差阻力(形 状阻力)两部分。, CD ,Re CD,二、阻力系数,34,定义为:,由mo和CL/CD 求压力中心位置 (合力与翼弦交点),优良翼型压力中心位置随攻角改变变化不大,否则机翼稳定性较差
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