《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

2019-11-05 10:24来源: 科普中国-军事科技前沿

由于翼型上表面的流速大于下表面的流速,因此在机翼上就会形成压力差,这个压力差就是升力。机翼就是通过产生压力差来形成托举飞机上天的升力。

监制:战钊/ 制片:金赫/策划:赵清建/ 军事顾问:傅前哨/ 摄像:张佳兴/剪辑:博文

  大家好,欢迎收看《科普中国》军事微课,我是傅前哨。今天给大家介绍的内容是飞机机翼产生升力的原理

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  机翼是怎么产生升力的?它取决于很多的因素,其中很关键的一个因素,就是机翼的翼剖面,学名叫翼型。一般来讲它是像一个水滴形,上下都有弧面,组成这样一个翼型。当气流流过上弧面凸起较大的翼型的时候,就会在其上下表面产生速度差。 根据空气动力学原理,表面流速越高,它的压力越小,表面流速越低,它的压力越大,由于翼型上表面的流速大于下表面的流速,因此在机翼上就会形成压力差,这个压力差就是升力。机翼就是通过产生压力差来形成托举飞机上天的升力。

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  翼剖面它最早的来源是中世纪的时候,人们对鸟类进行了一些相应的研究,这鸟为什么能飞?它的翅膀是个什么样形状的?科学家发现有这么一个特点,它的上表面是上凸弧形的,下表面也是上凸弧形的(或称凹凸形)。早期,低速飞机偏爱这类翼型,因为它能够产生足够的升力,飞机的飞行速度不需要很大就能够离地升空,但“阻力大”是这类翼型的不足之处。

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  因此,后来人们将它改成下平上凸的平凸型翼型,这样的翼型也可以产生比较大的升力,而且阻力相应降低。后来又发展出了上表面上凸的多,下表面下凸的少的双凸型翼型,这样产生的升力虽然不如平凸形和凹凸形,但它的阻力相对来讲比较小,比较适合高亚音速飞行。 到了超音速时代,很多战斗机采用了上表面的凸起和下表面的弧度完全一样的对称型的翼型了。

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  理论上讲,如果在飞行迎角为零度的时候,这样的翼型是不能产生升力的,尽管它的阻力会非常小。那怎么办?这时候就需要有一定的迎角,来保证它产生足够的升力。因此在设计一款飞机的时候,选择什么翼型是非常关键的,甚至是在飞机设计初期的时候就必须考虑的一个非常关键的因素。

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  第二代的超音速两倍的战斗机,像米格-21、歼-7,F-104等飞机一般采用对称翼形,它的升力很小,特别在零度迎角情况下没有升力,因此它在设计的时候要有一定的安装角。超临界翼型是现在的一些大型运输机,像运-20,大型的客机,比如说波音777,空客的一些系列飞机,都喜欢采用的翼型,以提高他们高亚音速的巡航升阻比,从而改善它的经济效率。

《战机的翅膀》②机翼如何让飞机飞起来?

  现在一些先进飞机采用的超临界翼型,是比较先进的一种翼剖面形状,这种翼型它可以推迟在机翼上产生激波,让飞机能够飞得更快一点,经济巡航性能更好一点。它的特点是上表面的弧度相对比较平缓,让流速的增加相对低一点,这样在比较大的速度情况下,其表面不容易产生局部激波,它的阻力可以降低。如果你把上表面的弧度减小了,它的升力也会下来,那怎么办呢?设计师们在翼型的下表面做了一些工作,在它下表面的后缘向上挖掉一块,整个剖面形状有点像蝌蚪。这样一修改,它的升力特性和阻力特性都大幅度改善了。因此现在很多的大型运输机大型客机都喜欢采用这种比较先进的翼型。

  随着航空技术的发展,飞机翼型的技术也在不断的向前推进,今后会出现更多气动性能更好的翼剖面为人类的飞机设计服务。以上就是今天介绍的有关飞机机翼翼型对升力、阻力影响的内容。下一期我们将介绍机翼的形状对气动特性和飞行性能的影响。

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