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 ' R$ y: k# r) A5 {$ r: ~# J$ b% I
晨枫 发表于 2013-10-9 08:17 ( A9 Y) i" l1 t: d" C9 }; R
A350的小翼号称shark fin或者sharklet
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6 F' c3 m/ ?& D$ K) S+ ~- u% B3 J9 `既然晨大说了,那我就把这个问题详细展开一下。
5 k/ j% |! {9 [+ @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。( h4 P6 q& @7 K5 @& S' n3 |7 S
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。3 [# c: Z* U5 n# l3 y
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。9 r) O& r2 N7 M H8 ]! }3 ]
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:2 R/ X z7 ] n0 r2 f' H
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;
7 h6 `' \& E% ?2 Q" i" g4 T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。
( Y' x# i7 k* Y0 q诱导阻力系数的公式是:Cxi=kCy2/πλ
1 r" `+ L0 e0 d" L p$ tCy2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, f& ]8 f+ R+ j+ s4 o# {
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。。) {# |0 f6 a: W
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。# g. V5 G; D) s" i$ n! i7 K
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。4 j( j5 S. T- i9 t
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。。
H7 L1 P& S, F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。& `. d3 ?$ K# U
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。6 @, o8 Z$ [& R, n# q P& `: x
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