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发表时间 : 2020-10-27 23:06:04 | 浏览 : 15813    评论 : 3

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本帖最后由 cathy猫猫 于 2020-10-28 13:10 编辑

在上两篇关于诱导阻力的文章中,我们已经知道飞机的机翼形状被优化为更加适合巡航状态。这就导致飞机机翼在起飞和着陆等状态时使用效率不高。因此有必要对机翼进行改装,以使其尽可能高效地适应起飞着陆等飞行阶段。这就是为什么制造商开发了增升装置,以来提高起飞和着陆时的升力。

1.原理当升力不变时,若想缩短起飞和着陆距离,飞机的速度就必须更低,而此时机翼必须仍然能够提供足够的升力以平衡飞机的重力。

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飞行原理——增升装置 - 临云行 - 襟翼 飞行 飞机 复飞 起飞 着陆 机翼

有升力公式可知,光洁构型下,如果想要把速度降低至最低速度以下,仍然有足够的升力,这里有两种方法:

1.增加机翼的面积S。

2.通过改变翼型的形状或者使用机械装置修改边界层,来增加升力系数。

增升装置就是使用这两个原理,其被安装在机翼的前缘或后缘。

不要忘记:机翼的形状被优化为更加适和巡航状态(光洁构型),因此任何其他附加装置的拓展,都将直接导致阻力的显著增加,并减小最大拉升比。

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2.技术应用

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缝翼(slat)和襟翼(flap)的种类繁多,这些装置的主要目的是增加翼型的相对弯度,在某些情况下为了修改边界层的属性也会创造一些窄缝(slot)。

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a.弯度增加—前缘

由于没有增升装置,当飞机以大迎角飞行时,气流很难附着在机翼上。边界层有明显的分离,从而导致升力下降。

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通过增加前缘的弯度,气流偏离的程度大大降低,气流更好地附着在机翼上(因为损失的能量更少),因此,边界层分离发生得更晚。

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b.弯度增加—后缘

后缘弯度的增加导致下洗流的增加,升力系数CL也随之增大。

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c.窄缝或气流槽(slot)

窄缝(或“气流槽”)允许空气在增升装置和机翼之间通过。使来自下表面的高压空气通过窄缝流到上表面,为流经机翼的空气提供更多的动能,最终延迟了气面分离。相同的原理也被应用到机翼后缘襟翼,同样增加机翼的最大升力系数CLmax。

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注:由于没有找到slot对应的专业名词翻译,我们这里暂时以“窄锋或气流槽”作为对应翻译。

3.前缘装置

前缘增升装置主要分为两种:

前缘襟翼:这部分装置(通常在下表面)一般情况下绕轴旋转,例如:克鲁格襟翼、可变动拱形襟翼

前缘缝翼:通常从机翼脱落,然后向前滑动,例如:固定或可变缝翼、可变动拱形缝翼。

通过绘制的升力系数CL与迎角α的关系图可知,当时用前缘增升装置时,最大升力系数CLmax也随迎角α增加。最大升力系数的增加,最终导致失速速度的降低。



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前缘增升装置显著增加了失速攻角。这意味着,在飞行过程中,飞机会在低速时保持头朝上的姿态。在最后进近时,着陆区域的视野将受到限制(机头严重的遮挡了飞行员的视野)。

我们可以通过绘制极坐标曲线CL=f(CD),来说明前缘增升装置对空气动力学特性的影响。

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a.克鲁格襟翼

克鲁格襟翼被广泛的用于大型客机上,它增加了机翼的弯度和面积,其伸展和收缩如下图所示:

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b.可变动拱形襟翼

因具有更好的空气动力学特性,该系统较克鲁格襟翼稍微先进一些,其扩展机械运动类似于克鲁格襟翼。

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c.前缘缝翼

前缘缝翼也是一种增升装置,当它收回时,仅仅被用作前缘的一小块面积。当前缘缝翼扩展时,它向前向下运动,同时创造了一条“窄缝或气流槽(slot)”。

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4.后缘装置

与前缘增升装置相同,后缘装置也是通过下面两种方法增加升力:

(1)增加机翼的相对弯度和厚弦比。

(2)增加机翼的面积。


后缘增升装置对升力系数的影响与前缘增升装置相比并不相同,最大升力系数CLmax增加,但是CLmax对应的迎角稍微降低,同时对应的零升迎角也降低。另外,CLmax的增加也导致失速速度的降低。

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由图可知,对于给定迎角,机翼扩展增升装置时对应的升力系数CL,相比光洁构型时更大。

这里我们解释一下:当襟翼扩展时,翼型被修改,此时的有效迎角αeff比光洁构型时更大,所以CL更大。

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临界迎角的降低使得飞机在扩展襟翼进近时的机头上翘程度,比在光洁配置时要少,与前缘缝翼拓展相比其更加有利,极大地提高了跑道的可见性。

a.简单襟翼(Plain flaps)

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这种襟翼增加了弯曲程度而不增加机翼表面积,其运动方向为向下倾斜。这种襟翼并不能增加很大的升力。

b.分裂式襟翼(Split flap)

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分裂式襟翼,也称开裂式襟翼,像一块薄板,紧贴于机翼后缘下表面并形成机翼的一部分。使用时放下(即向下旋转),在后缘与机翼之间形成一个低压区,对机翼上表面的气流有吸引作用,使气流流速增大,从而增大了机翼上下表面的压强差,使升力增大。除此之外,襟翼下放后增大了机翼翼型的弯度,同样可提高升力。这种襟翼一般可把机翼的升力系数提高75%~85%,这种襟翼一般不在起飞时使用,只在降落时才使用。

c.开缝襟翼

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开缝襟翼通过在后缘襟翼之前从机翼下表面分流气流,为机翼上表面的边界层重新供能。而且,开缝襟翼增加了相对弯度。

d.富勒襟翼

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到目前为止,所描述的后缘襟翼都没有增加机翼表面。但是大多数商用飞机上安装的福勒襟翼不仅增加了机翼的弯度,同时还增加了机翼的表面,并且由于有一个或多个气流槽(或“缝”),因此还为上表面的边界层重新充能。多重开缝的福勒襟翼其效率最高,但也最复杂。

e.不同类型的后缘襟翼之间的比较

通过描绘升力系数曲线CL=f(α)和极曲线CL=f(CD),可以总结出不同类型的后缘增升装置,对机翼空气动力特性的影响。

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通过上图我们可以发现襟翼偏转时,升力系数和阻力系数的变化并不是线性的:

在襟翼扩展初期,升力系数CL迅速增加。

在襟翼扩展的最后几个角度,阻力系数CD迅速增加。


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f.内侧副翼/襟副翼(Flaperons)

襟副翼也称为内侧副翼。对于大型飞机,常需要把襟翼做得很长,这样就占据了副翼的空间。于是把相应位置上的襟翼舵面独立出来当做副翼使用,这样的副翼就是襟副翼或内侧副翼。有些大型飞机会将襟副翼设计成上下开裂的形式,以便在襟翼全力放下的时候保证副翼的效率。使用襟副翼的时候,副翼的展长可以比正常的副翼高约1倍。

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这是因为机翼根部的抗扭刚度较大,因此内侧襟翼可以减小副翼偏转时所引起的机翼扭转变形,改善副翼的操纵性能,提高飞机横侧操纵力,更好地满足高速飞机飞行的要求。由于内侧副翼占据了襟翼的位置,所以在采用内侧副翼时应该采用别的更有效的增升装置,如开缝襟翼和前缘襟翼等。

5.增升装置管理

a.根据飞行阶段选择相应的装置

增升装置增加升力系数的目的是为了缩短起飞着陆距离。

我们已经知道增升装置的偏转不仅会造成CL的极大增加,但是也会造成阻力的极大增加,同时升阻比显著降低。

着陆阶段:阻力的增加并不是一个麻烦,阻力系数的增加反而会增加飞机的刹车效率,这就是为什么着陆期间要“充分扩展”这些装置的原因。


起飞阶段:一个高升力系数会缩短起飞距离。这里,在学习飞行性能之前,我们首先了解一个知识点:飞机的起飞爬升性能(爬升坡度和爬升率)取决于升阻比。因此,飞行员必须选择一个折衷配置,以便在起飞速度和初始爬升性能之间找到更好的平衡点。起飞后,应尽快收回增升装置,以提高爬升性能。

复飞阶段:需要将增升装置从着陆阶段的“充分扩展”,部分收回至起飞阶段的配置情况。


b.缝翼和襟翼的使用顺序

当飞机同时有襟翼和缝翼的时候,这两个增升装置的收回和扩展的顺序至关重要。

对于给定的升力系数差值,即+△CL,前缘装置产生的阻力小于后缘襟翼。对于飞机的纵轴稳定性来说,襟翼的扩展对飞机的俯仰轴将会产生巨大的影响,然而缝翼的扩展仅仅有微弱影响。

由于这些原因,缝翼总是在后缘襟翼展开之前展开。同样,在襟翼收回之前收回。

注意:如果缝翼或襟翼的不对称扩展(系统故障),在两侧机翼上将出现一些升力和阻力不对称,这可能对滚转和偏航控制造成严重的问题。

在襟翼展开时,若超过给定速度,将会导致飞机结构(一般是襟翼)的损坏或过载。因此,一般会在快速飞行的飞机上安装一个过载装置,当飞机加速超过给定的速度时,该装置会自动收起襟翼。

关注微信公众号:飞行大家谈,可以看带有视频的文章。

襟翼, 飞行, 飞机, 复飞, 起飞
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2460194 评论于2020-10-27 23:16:43 |私信
版主,请帮我删了吧,排版好像又乱了
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-10-28 11:37:36 来自手机触屏版 |私信
为什么我在上面插入的图片,文章末尾下边又会出现一次?审核官能帮我把下边多余的几张图片删了吗?

点评

因为您在编辑框内多上传了照片,或者一张图上传了多次,就会出现这样的效果哈,所以您最好只上传文中的图,而且每张图要点进文内,就不会有问题了  详情 回复 发表于 2020-10-28 13:12
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
小云 评论于2020-10-28 13:12:58 |私信
2460194 发表于 2020-10-28 11:37
为什么我在上面插入的图片,文章末尾下边又会出现一次?审核官能帮我把下边多余的几张图片删了吗?

因为您在编辑框内多上传了照片,或者一张图上传了多次,就会出现这样的效果哈,所以您最好只上传文中的图,而且每张图要点进文内,就不会有问题了
“让我们一起,飞遍全世界!” · 临云行
2460194 评论于2020-10-30 01:09:39 来自手机触屏版 |私信
小云 发表于 2020-10-28 13:12
因为您在编辑框内多上传了照片,或者一张图上传了多次,就会出现这样的效果哈,所以您最好只上传文中的图,而且每张图要点进文内,就不会有问题了

明白了,明白了,我说以前排版怎么老遇到这个问题,感谢您,感谢,感谢!
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