固定翼翼梢小翼所蕴藏的流体力学知识
翼梢小翼的作用是什么?
我们在观察飞机的时候可能注意到过,飞机机翼的末端有一个上翘的小翼,不同型号的机型这段小翼的形状也不同,但都统称为翼梢小翼。
众所周知,飞机的升力并不来自于发动机,而是来自机翼上下表面形成的压力差,上翼面空气流速快压力小,下翼面相对空气流速慢压力大,产生的压力差将飞机带动了起来,一般来说,上翼面产生的上升力占到了总升力的60-80%,由此可见巨大的压力差。
不过,压力差的存在并不全是优点,下翼面高压区气流会延伸到翼梢并绕过翼梢冲向上翼面,形成自下而上的强烈涡旋气流,飞机越快,这个涡旋气流就越强烈,并且涡旋气流对飞机的升力和推力一点用处没有,相反还会增加飞行的阻力、燃油以及影响飞机的稳定性。
加装翼梢小翼以后,它就像立在翼梢的一面墙,阻挡着部分高压区气流绕过翼梢,从而减少涡旋的强度,并且随着对翼梢小翼的不断研究,其形状和角度还会对飞机产生向上的升力和向前的推力。
我们来看巴西戈尔航空号航班事故。
年9月9日,巴西戈尔航空号航班正在执行巴西马瑙斯至里约热内卢的航线,该航班一共搭载了名乘客和6名机组成员,巡航高度为FL(00英尺),与此同时,巴西航空工业公司一架全新的莱格塞公务机在机长不熟悉操作的情况下,也上升到了FL高度。
在平稳巡航时,突然公务机在空中与一架客机相撞,公务机的翼梢小翼被被撞断,在剧烈的颠簸下,飞行员成功控制住了受损的飞机,并成功迫降在了一个军用机场,公务机上无人伤亡。
与公务机相撞的客机正是号航班客机,在公务机成功迫降不久就传来了戈尔航空号航班坠落的消息,3天后,戈尔航空号航班客机的飞行数据记录器被找到,记录器显示,号航班在平稳巡航时突然无症状垂直下落,飞机的坠落过程非常惨烈,曾在空中失控翻转了11圈,飞机因巨大的压力直接在空中解体。
号航班客机的残骸散布长度有公里,调查人员在残骸中分辨出,客机的左翼末端被拦腰截断,并且在受损的公务机翼梢小翼上发现了号航班客机的油漆,根据调查结果表示,当时对撞的两机相对速度达到了1千米/小时,公务机的翼梢小翼如剃刀般将号航班客机左翼末端切掉,导致了客机的失控翻滚。
伯努利原理
这个式子被称为伯努利方程。式中,p为流体中某点的压强,v为流体该点的流速,ρ为流体密度,g为重力加速度,h为该点所在高度,C是一个常量。它也可以被表述为:
图文解释在图68中,向AB管吹进空气。如果管的切面小(像a处),空气的速度就大;而在切面大的地方(像b处),空气的速度就小。在速度大的地方压力小,速度小的地方压力大。因为a处的空气压力小,所以C管里的液体就上升;同时b处的比较大的空气压力使D管里的液体下降。
在图69中,T管是固定在铁制的圆盘DD上的;空气从T管里出来以后,还要擦过另外一个跟T管不相连的圆盘dd。两个圆盘之间的空气的流速很大,但是这个速度越接近盘边降低得越快,因为气流从两盘之间流出来,切面在迅速加大,再加上惯性在逐渐被克服,但是圆盘四周的空气压力是很大的,因为这里的气流速度小;而圆盘之间的空气压力却很小,因为这里的气流速度大。因此图盘周围的空气对圆盘的压力较大,并试图推开这两个圆盘;结果是,从T管里吹出的气流越强,圆盘dd被吸向圆盘DD的力也越大。
图70和图69相似,所不同的只是用了水。如果圆盘DD的边缘是向上弯曲的,那么在圆盘DD上迅速流动着的水会从原来比较低的水面自己上升到跟水槽里的静水面一般高。因此圆盘下面的静水就比圆盘上面的动水有更高的压力,结果就使圆盘上升。轴P的用途是不让圆盘向旁边移动。
图71画的是一个飘浮在气流里的很轻的小球。气流冲击着小球,不让它落下来。当小球一跳出气流,周围的空气就会把它推回到气流里,因为周围的空气速度小,压力大,而气流里的空气速度大,压力小。
图7中的两艘船在静水里并排航行着,或者是并排地停在流动着的水里。两艘船之间的水面比较窄,所以这里的水的流速就比两船外侧的水的流速高,压力比两船外侧的小。结果这两艘船就会被围着船的压力比较高的水挤在一起。海员们都很知道两艘并排驶着的船会互相强烈地吸引[3]。
如果两艘船并排前进,而其中一艘稍微落后,像图73所画的那样,那情况就会更加严重。使两艘船接近的两个力,会使船身转向,并且船B转向船A的力更大。在这种情况下,撞船是免不了的,因为舵已经来不及改变船的方向。
图7和73
在图7中所说的这种现象,可以用下面的实验来说明。把两个很轻的橡皮球照图74那样吊着。如果你向两球中间吹气,它们就会彼此接近,并且互相碰撞。
图74
应用举例
应用举例1
飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到向上的升力。飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。
应用举例
喷雾器是利用流速大、压强小的原理制成的。让空气从小孔迅速流出,小孔附近的压强小,容器里液面上的空气压强大,液体就沿小孔下边的细管升上来。从细管的上口流出后,空气流的冲击,被喷成雾状。
应用举例3
汽油发动机的化油器,与喷雾器的原理相同。化油器是向汽缸里供给燃料与空气的混合物的装置,构造原理是指当汽缸里的活塞做吸气冲程时,空气被吸入管内,在流经管的狭窄部分时流速大,压强小,汽油就从安装在狭窄部分的喷嘴流出,被喷成雾状,形成油气混合物进入汽缸。
应用举例4
球类比赛中的“旋转球”具有很大的威力。旋转球和不转球的飞行轨迹不同,是因为球的周围空气流动情况不同造成的。不转球水平向左运动时周同空气的流线。球的上方和下方流线对称,流速相同,上下不产生压强差。再考虑球的旋转,转动轴通过球心且平行于地面,球逆时针旋转。球旋转时会带动周同得空气跟着它一起旋转,致使球的下方空气的流速增大,上方的流速减小,球下方的流速大,压强小,上方的流速小,压强大。跟不转球相比,旋转球因为旋转而受到向下的力,飞行轨迹要向下弯曲。
应用举例5
表示乒乓球的上旋球,转动轴垂直于球飞行的方向且与台面平行,球向逆时针方向旋转。在相同的条件下,上旋球比不转球的飞行弧度要低下旋球正好相反,球要向反方向旋转,受到向上的力,比不转球的飞行弧度要高。
应用举例6
一支笔筒,向大口这边吹气,小口上放一个小球,小球能在空气中旋转。
应用举例7
在漏斗宽大处放一小球,用手抵住,在小口中吹气同时放开,小球上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小,故小球不会落下,只会在漏斗中跳跃。
应用举例8
压气机:燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。在动叶中,气体相对速度减小,压力升高,静叶中绝对速度减小,使气体静压升高。
应用举例9
泥沙运动时,由于水流流动,泥沙颗粒顶部和底部的流速不同,前者为水流的运动速度,后者则为颗粒间渗透水的流动速度,比水流的速度要小得多,根据伯努利定律,顶部流速高,压力小,底部流速低,压力高。这样造成的压差产生了上举力
(材料摘自今日头条和百度百科)
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