航模的空氣動力

2023-01-21 03:03:05 字數 4666 閱讀 4831

整架模型飛機的空氣動力

整架模型飛機的空氣動力就是模型飛機各部分所受到的空氣動力的總和。由於模型飛機的公升力主要是機翼產生的,其他部分包括尾翼在內產生的公升力都小,所以認為整架模型飛機的公升力都是由機翼提供的,不會產生多大誤差。至於阻力,模型飛機的各都分都會產生,而且因為部件與部件之間的干擾作用,使總

的阻力有時會比這些部件單獨阻力的總和還多。整架模型飛機的空氣動力與翼型一樣,通常也用極曲線來表示。

一、整架模型飛機的阻力及極曲錢

(一) 整架模型飛機的阻力

l. 模型飛機各部分的阻力係數

模型飛機各部分的阻力係數通常利用風洞試驗測出,恨據資料,我們把常見的見的各種物體阻力係數列出來,見表4-1。

利用表4-1的阻力系敬來計算模型飛機的阻力時,仍用第二章介紹的公式:,但利用這個公式汁算各部件的阻力時,必須注意式中的面積s一定要用表4-1中所規定的計算面積。

[例1] 計算線操縱模型飛機操縱鋼絲的阻力。巳知鋼絲直徑是0.4公釐,長20公尺,鋼絲相對於空氣的平均速度為40公尺/秒,

查表4-1得鋼絲阻力係數cd=1.40

阻力牛 如果在這種情況下我們用鋼絲的最大截面積來汁算,那麼相對而的阻力係數要改變。

2. 整架模型飛機的廢阻力係數

整架模型飛機的阻力可以分為兩部分計算再相加起來,一部分是模型飛機各部件的廢阻力,還有一部分是機翼的誘導阻力。

整架模型飛機的廢阻力就是模型飛機所有與公升力無關的各部件的阻力與各部件之間的干擾阻力的總和。幹憂阻力最好通過試驗求得,在沒有更確切的資料前可以假設它佔全部廢阻力的10%左右。

因為每部件計算所用的參考面積不同,我們求整架模型飛機廢阻力係數時,應先求出各部件阻力再相加(包括機翼的廢阻力),再乘上1.1,得出總的廢阻力,然後用總的廢阻力除以,就可得到全機的廢阻力係數,參考面積是機翼面積sw。

通過實際計算可以看到,模型飛機的廢阻力中最主要部分是機翼翼型阻力,機身、尾翼等所佔比重不大。要減小阻力應從選擇良好翼型和小心製作機翼著手。機身的形狀、大一點小一點影響很微小,在這方面過分下功夫不太值得。

3. 整架模型飛機的總阻力係數

知道整架模型飛機的總廢阻力係數後,再加上機翼的誘導阻力係數,便是整架模型飛機的總阻力係數

4-1)

式中:cd-模型飛機的總阻力係數;

cd,par一模型飛機的總廢阻力係數;

cdi一模型飛機的誘導阻力係數。

利用總陽力係數計算模型的總阻力時只要乘上機翼面積sw即可。

模型飛機在滑翔時公升力係數很大,往往達到0.8或更大,所以誘導阻力在總阻力中佔很大的比重。例如,機翼展弦比是l0,那麼誘導阻力係數cdi(=見公式(3-3))是。

所以設法減小誘導阻力(例如合理地加大展弦比)是很必要的。(07.11.

19到此)

(二) 整架模型飛機的極曲線

在繪製整架模型飛機的極曲線之前,必須先根據模型飛機的展弦比依照前面介紹的方法對翼型的極曲線進行修正,得到機翼的極曲線。

假如我們已經知道機翼的極曲線,那麼利用這條極曲線便可以很容易地得到整架模型的極曲線,如圖4-1(a) 所示為機翼的極曲線。我們算出模型的總廢阻力係數cd, par,然後將曲線的縱座標向左移一段距離等於(cd, par-cdo),cdo是機翼的廢阻力係數,這樣,對應於新的縱座標,這條曲線便是整架模型飛機的極曲線了。這種情況就相當於在機翼極曲線上各點加上其他部分的阻力係數(cd, par-cdo),所以得到的是整架模型的極曲線,如圖4-l(b)所示。

前向已經說過,從座標原點對極曲線作切線時,切點所對應的迎角就是有利迎角。在這個迎角飛行,模型飛機的公升阻比最大。現在我們從圖4-1上可以看到,加上全模型飛機其他部分的阻力係數以後,機翼的有利迎角就改變了,本來的有利迎角 1變為 2,而且 2要大於 1。

例如,機翼本來有利迎角是6 ,裝在模型飛機上以後,有利迎角便要改為8 或10 ,總之要比6 大、機身等部分的阻力愈大,增加的角度便愈多。

(三) 確定模型飛機最大公升阻比的近似方法

利用模型飛機的極曲線也可以用計算方法求出有利迎角和最大公升阻比k。計算的主要假設是模型飛機的廢阻力係數不隨迎角的改變而改坐。這樣一來極曲線就是一條拋物線(因為阻力係數與cl2成比例(cl:

公升力係數)),如圖4-2所示,拋物線的特點是,如果從座標原點作切線與曲線相切,切點的垂足(圖4-2中的b點)到座標原點o的距離等於原點到曲線與橫軸交點(即c點)距離的兩倍,如圖4-2中的oc=cb。模型飛機的極曲線是一條拋物線,a點便相當於極曲線上有利迎角的位置,oc等於全模型飛機的廢阻力係數cd, par。cb等於誘導阻力係數cdi。

這樣一來,可將這個關係列出來並算出最大公升阻比的數值。

因為 oc=ob4-2)又所以

移項得有利迎角時的公升力係數4-3)

最大公升阻比

化簡得4-4)

式中:kmax一模型飛機的最大公升阻比;

cd, par一有利迎角時的模型飛機的廢阻力係數。

如果考慮到其他一些原因,如果機翼平面形狀不很理想(不是橢圓形),廢阻力係數會隨著迎角加大而稍微加大等,這個公式可修改一下變為

4-5)

利用式(4-5)可以很簡單地估計出模型飛機的最大公升阻比。如果想求有利迎角,可以根據式(4-3)先求出有利迎角時的公升力係數cl, opt,然所從機翼極曲線上查到有利迎角的大小。

從以上公式可看到,要想加大模型飛機的最大公升阻比,可增大機翼展弦比或者減小模型飛機的廢阻力係數,而採用後一種辦法時,應選擇良好的翼型以便減小cdo (翼型阻力係數);同時要減小機身、尾翼等的阻力,使各部分互相連線時很密合,沒有裂縫以免增大干擾阻力。

[例2] 一架模型滑翔機機身最大截面積為50厘公尺2,尾翼面積為1000厘公尺2,機翼面積4000厘公尺2,用naca-6412翼型,展弦比12,求模型飛機的最大公升阻比。

解:查表得出機身阻力係數為0.13(橢圓截面機身),尾翼阻力係數為0.021,(翼型阻力係數)cdo=0.025,

這樣,先求出廢阻力係數cd, par=(0.025+50/4000 0.13+1000/4000 0.021) 1.1=0.0351 (各部件的阻力與干擾阻力之和)

由(4-5)式,最大公升阻比

這時的公升力係數(4-3)為cl= =l.15

從機翼極曲線上查到有利迎角大約是8 ,模型飛機在滑翔叫時機翼迎角應該保恃在比有利迎角梢大的角度下飛行。這個例子就是說應該用10 左右的迎角來滑翔。

二、模型飛機的螺旋槳

對於有動力的模型飛機來說,除了採用目前還不十分普及的噴氣發動機外,都要靠螺旋槳產生拉力,因此,螺旋槳的好壞直接影響到競時模型飛機的飛行高度或競速模型飛機的飛行速度。也就是說,直接影響到飛行成績的好壞。所以無論是競時、競速或創紀錄模型飛機,如何設計和製作乙個效能優良的螺旋槳與設計、製作乙個效能良好的機翼是同等重要的事情。

(一) 基本原埋

l. 與螺旋槳有關的一些名詞和術語

螺旋槳各部分的名稱與機翼有很多相似的地方,槳葉相當於機翼的翼面,槳葉也有前緣和後緣,槳葉的剖面形狀也和機翼剖面形狀差不多,如圖4-3所示。但是模型飛機飛行時,螺旋槳一面旋轉產生拉力,一面又隨飛機前迸,所以它的工作情況要比機翼複雜得多。在討論螺旋槳工作原理之前先把有關的名詞術語進行一些說明。

(1) 右旋螺旋槳和左旋螺旋槳-當我們站在螺旋槳後面 (相當於飛機駕駛員的位置)來觀察螺旋槳旋轉,如果看到螺旋漿是順時針方向旋轉,這種螺旋槳稱為右旋螺旋槳;反之稱為左旋螺旋槳。目前大多數活塞式發動機都採用右旋螺旋槳 (但也有個別發動機採用左旋螺旋槳)。

(2) 螺旋槳的旋轉面-螺旋槳旋轉時,通過螺旋槳上一點並且垂直於旋轉軸的乙個假想的平面。

(3) 螺旋槳直徑d-螺旋槳兩個槳尖之間的距離,也就是螺旋槳旋轉時最大旋轉面的直徑。

(4) 槳葉角 -槳葉剖面的弦線與旋轉平面之間的夾角稱為槳葉角,如圖4-4所示。從定義上看,螺旋槳的槳葉角與機翼的安裝角相似。不過機翼裝在機身上的安裝角一般沿機翼翼展都是相同的,只有少數模型飛行的機翼安裝角是翼尖部分小,靠翼根部分大。

可是螺旋漿的槳葉卻完全不同了:愈靠近旋轉軸,剖面的槳葉角越大;愈接近槳尖,剖面的槳葉角愈小。製作正確的螺旋槳,從槳尖到槳根,槳葉角的扭轉程度是逐漸增大的。

(5) 旋轉速度u-螺旋槳旋轉時,槳葉上任一剖面沿圓周切線方向的旋轉線速度為旋轉速度。

其中:n為螺旋槳每秒鐘的旋轉次數;r為槳葉上任一剖面到旋轉抽的距離。

由於螺旋槳各剖面到旋轉軸的距離r都不相等,所以旋轉時各個剖面所經歷的路程也不相等,愈靠近槳尖r愈大,旋轉速度u也愈大。螺旋槳旋轉所引起的相對氣流的速度就等於螺旋槳的旋轉速度。

(6) 前進速度v-模型飛機飛行時,由於槳葉隨同模型一起運動,所以螺旋槳的前進速度等於模型飛機的飛行速度,它也等於模型前進時所引起的作用在槳葉上的相對氣流的速度。

(7) 合速度w-螺旋槳旋轉時產生拉力,使模型向前飛行。這時,,它稱為合速度w。

(8) 槳葉迎角 -槳葉剖面的弦線與合速度w方向之間的夾角稱為槳葉迎角。如果模型沒有前進速度,那麼槳葉角就等於槳葉迎角 。所以一般情況,槳葉迎角總是小於槳葉角的,與機翼情況相似,這個角度的大小,決定了槳葉剖面產生的拉力大小。

(9) 氣流角 -合速度w與旋轉速度u之間的夾角稱為氣流角 。顯然,由於槳葉各剖面處的旋轉速度都不相同,所以愈靠近槳尖氣流角愈小。

(10) 幾何螺距h-如果螺旋槳一面旋轉一面前進,前進的方向是沿著槳葉剖面的翼弦方問,也就是說槳葉迎角為零,那麼每旋轉一圈,剖面前進的距離稱為幾何螺距h。

(11) 實際螺距ha-實際飛行中槳葉是沿著相對氣流的方問並帶著某個迎角前迸,而不是沿槳葉剖面翼弦方向前進。螺旋槳槳葉沿著相對氣流方向旋轉一圈,剖面實際前進的距離稱為實際螺距。也就是說,幾何螺距是槳葉迎角為零時的實際螺距。

如圖4-5所示,把螺旋槳旋轉一圈時槳葉剖面經過的軌跡加以展開,從圖上可以看到實際螺距一定比幾何螺距小。槳葉迎角愈大,這個差別也愈大。

2. 螺旋槳如何產生拉力

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