1、现代飞机设计技术现代飞机设计技术 孟令兵航空工程学院第四章 飞行器的阻力与减阻技术第四章 飞行器的阻力与减阻技术 空气阻力，对于依靠空气升力支撑的飞机而言，阻力不可避免的负面代价。纵观飞机的发展史，减阻是永恒的话题。什么是阻力？阻力：阻碍运动的力阻力：阻碍运动的力空气阻力的分类 空气阻力主要分为：压差阻力 摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 激波阻力（1）压差阻力 在翼型前后由于压强差所产生的阻力叫压压差阻力差阻力。减小压差阻力的办法是应尽量减小飞机的最大迎风面积，并对飞机各部件进行整流，做成流线型。（1）压差阻力 压差阻力是由于流动空气中的物体的前后的压力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。（
2、2）摩擦阻力 飞机与空气因粘性摩擦而产生的阻力叫摩摩擦阻力擦阻力。减小摩擦阻力的办法是应尽量减少飞机与空气的接触面积，提高飞机表面的光滑度。降低摩擦阻力的方法 为了减小摩擦阻力，如今比较普遍的做法是尽可能地提高飞机表面的光滑程度。这就催生了埋头铆钉等新型零件。此外，摩擦阻力也与飞机和机翼的尺寸有关。提高飞机表面光滑度（3）诱导阻力 机翼产生升力的同时，由于机翼下表面压力大，上表面压力小，下翼面的高压气流会绕过两端翼尖,力图向翼上翻，形成翼尖涡。翼尖涡流使流过机翼的空气产生下洗速度，此速度有一个向后的分量，从而产生诱导阻力。诱导阻力是升力的产物。（3）诱导阻力机翼产生正升力上表面P小下表面P大空
3、气绕翼尖从下表面流向上表面翼尖涡流1、翼尖涡流机翼产生正升力上表面P小下表面P大空气绕翼尖从下表面流向上表面翼尖涡流迎角越大，机翼上、下表面的压力差越大，翼尖涡流越强。（3）诱导阻力VVV下洗气流速度下洗气流垂直向下的分速度。下洗角下洗气流与来流之间的角度。2、下洗（3）诱导阻力降低诱导阻力的方法1、翼梢小翼降低诱导阻力的方法1、翼梢小翼降低诱导阻力的方法1、翼梢小翼降低诱导阻力的方法2、增大展弦比降低诱导阻力的方法3、地效飞行器地面效应地面效应：它是一种使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应：当运动的飞行器掉到距地面（或水面）很近时，整个飞行器升力会陡然增加，诱导
4、阻力降低的现象。降低诱导阻力的方法3、地效飞行器降低诱导阻力的方法3、地效飞行器（4）干扰阻力 机翼、机身、尾翼、发动机吊舱等，单独放在气流中所产生的阻力的总和并不等于整体所产生的阻力、而是往往小于把它们组成一个整体时所产生的阻力。所谓“干扰阻力”就是飞机各部分之间由于气流相互干扰而产生的一种额外阻力。降低干扰阻力的方法：翼身融合未采用翼身融合技术的米格21战斗机降低干扰阻力的方法：翼身融合未采用翼身融合技术的飞机（5）激波阻力 激波阻力激波阻力是飞机在空气飞行过程中产生的一种较强的波，由空气遭到强烈的压缩而形成。当飞行器超声速飞行时，由于飞行器的能量以强压力波的形式向周围的空气传递而产生的一
5、种独特的阻力。激波阻力对超声速飞行器翼身组合体翼身组合体的体积的体积和横截面积横截面积分布十分敏感。降低激波阻力的方法 早在喷气式飞机投入实战之初，德国人就发现，向后倾斜的机翼（后掠翼）可以延缓音障“抖动”的发生。大量研究表明，前掠机翼也能有效减小激波阻力。超声速飞机外形 要实现超声速飞行的首要问题是需要减小激波阻力。减小激波阻力的方法有：（1）采用尖头尖尾薄翼型（2）采用后掠机翼（3）采用三角形机翼（4）采用变后掠机翼（5）采用边条翼（6）采用鸭式布局或者无尾布局降低激波阻力的方法后掠翼前掠翼三角翼变后掠翼等离子体减阻等离子体减阻 基本原理：利用等离子体与飞行器绕流的相互作用，使飞行器周围的
6、流场结构（波系结构和边界层结构状态）发生变化，致使飞行器的气动特性和物理特性发生改变，从而提高飞行器的气动性能。在超声速情况下利用人工生成等离子体与激波相互干扰的流体动力效应，减弱飞行器激波系，从而减少激波阻力。等离子体减阻沟槽减阻 目前的各种湍流减阻方法中，沟槽表面减阻技术以其减阻效果显著和易于推广使用的特点，被公认最具使用潜力。该项技术在国外已投入了实际应用，如空中客车将A320试验机表面积的约70%贴上沟槽薄膜，达到节油1%2%的效果。NASA兰利中心在Learjet型飞机上开展的类似飞行试验显示，沟槽表面的减阻量约为6%左右；另一个典型的例子就是Speedo公司（美国）生产的具有表面的
7、游泳衣。沟槽减阻 机理：减少湍流能量损耗，机理：减少湍流能量损耗，从而达到减阻的目的。从而达到减阻的目的。该技术起源于仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究，通过在航行体外表面加工具有一定形状尺寸的沟槽结构（沟槽方向与流向一致，有V形、U形等多种形状），就能达到很好的减阻效果。仿生柔壁法减阻 20 世纪 60 年代,人们发现“人造海豚皮”的减阻效果后,柔壁减阻越来越受到人们的重视。通常的做法是在固体壁面上加泡沫塑料,往中间充满水或油等液体后,在上面蒙一层不渗透或半渗透性的薄膜,这样就能产生一定的弹性。仿生柔壁法减阻 一般认为,柔顺壁的作用使得粘性底层变厚,边界层上流速梯度减小,从而减小了边界面上的剪力,
8、也减小了由于剪力做功而发散的能量,实现了减阻。壁面震动减阻 该方法是最近才出现的一种减阻方法。这种方法的基本思想是壁面的振动可以减小湍流和表面摩擦力。实验结果表明,靠近振动壁面处湍流边界层的平均速度梯度减小,湍流强度减弱,从而验证了壁面振动可以减小湍流边界层的表面摩擦阻力。超疏水表面减阻 实验表明：流体的压降与气液接触面上的滑移速度有着直接的联系，并且气液接触面的存在减小了液体和固体的有效接触面积，也就是在流固界面上存在滑移边界条件，这种滑移边界条件在层流条件下能够造成明显的减阻效果。微气泡减阻 在物面上造成气泡,利用气泡的小摩阻性和易变形特点来调节底层流动结构以减阻。微气泡减阻 微气泡减阻的
9、机理在于:位于边界层内的微气泡本身具有变形能,它把剪切力作用于流体的一部分功转为变形能储存起来,从而减少了能量损耗,导致减阻。微气泡减阻 但此方法有一个很大的缺点,就是气泡不稳定,一旦破裂将产生较大的阻力和噪声;同时,如果气泡太小又不能达到减阻效果,因此应注意气泡的产生和消除。涂层减阻 涂层减阻是在管道或明渠内壁涂上减阻材料以达到减阻效果的方法,其关键技术在于减阻涂料和涂敷技术两个方面。最早应用于石油管道干线输气,可以使输运量增加 5%20%。利用涂层的疏水性,使得壁面更光滑,从而减小了阻力。高聚合物添加剂减阻高聚合物添加剂法是近年来减阻研究的一个重点,它通过在流体中溶入少量长链高分子聚合物来实现减阻。高聚合物添加剂减阻是通过从液体内部边界创造条件以实现减阻,它们有一个共同的特点：分子量的量级都高达百万。高聚合物添加剂减阻由于该方法容易实现并且效果较好,在很多领域得到了广泛应用。尤其在原油输送中,可明显节约能源和设备。在水射流技术方面,也可采用聚合物添加剂,以提高高速水流的出口动量和射程等。2022年11月24日星期四隐身技术44 谢 谢！
