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为什么翼型要被设计成钝头的?

私人飞机网 更新时间:2017-12-06 13:57:16 来源: 字号:

  这是一把斧子,大家都会用锋利的那一端去劈柴。物理知识也告诉我们,在相同的作用力下,受力面积越小,压强越大。所谓工欲善其事,必先利其器。

  这是一个普通的低速翼型,是一架大飞机机翼的剖面,我们从常识出发,得知这架飞机是自右向左飞行,头钝尾尖,似乎并没有什么不妥。

  鸟类的翼剖面也是这么告诉我们的。

  或许会有一部分人感到困惑,斧子越锋利使用起来越省力,直觉告诉我们翼型如果做成尖头,在空气中一路向前势如破竹岂不是更省力。鸟类也许会因为骨骼和肌肉的构造而妥协,可人造的机翼为什么也要维持这样的形态呢?

  何为压差阻力

  之前我们了解到,物体在流体中运动,在受到摩擦阻力之外,还会受到压差阻力。

  这是理想的无粘性、不可压流体的圆柱绕流流场。

  流体从前方而来,流体质点在A点流速为零,压强最大,以后质点的压强沿程减小,流速沿程增大,到达B/C点流速最大,压强最小,压能转化为动能;从B/C到D区,流体质点的压强沿程增大,流速沿程减小,到达D点压强最大,流速为零,动能转化为压能。由于是理想流体,期间没有能量损失。

  在这样的流场中,附着在物体表面的流体,对物体产生的压力前后抵消,从而物体受到的合外力为零。

  这是实际流体中,圆柱绕流的流场。流场后端出现了周期的、交替变化卡门涡街,并且会随着流速的变化而改变形态。

  与理想流体不同的是,附着着物体表面的流动并没有从B点坚持到D点,而是在中途就难以坚持,发生了分离。这是因为受流体粘性的阻滞作用,流体质点在由A点到B点的流程中,将消耗部分动能用之克服摩擦阻力做功,导致流体质点在BD流程内,流经一段距离就将全部动能消耗殆尽,在S速度降为零,流动发生分离。

  这样一来,流体不再附着整个物体表面,在分离点S之后的流体产生了一个漩涡区,使得圆柱壁面压强分布前后不对称,并且前方大于后方,从而使物体受到了和来流方向相同的合外力,这个合外力就是压差阻力。

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