升力和阻力是无人(rén)机的两个很重(chóng)要(yào)的参数,是在与空气的(de)相对运动中(相对气(qì)流)产生的。升力来源于机翼上、下表面的气压(yā)差,此气压(yā)差是由气(qì)流(liú)的速度导致的。但机翼上(shàng)、下表面气流的速度(dù)差(chà)的(de)成因解释较为(wéi)复杂,下面结合空气动力(lì)特性与基本规律(连续性(xìng)定理、伯努利原(yuán)理)介绍升力的产生。
(1)连续性定理。当流(liú)体连(lián)续不(bú)断而(ér)稳定地(dì)流过一个(gè)粗细不等(děng)的流管时,在管道(dào)粗的地方(fāng)流速比较慢,在管(guǎn)道细的地(dì)方(fāng)流速比较快。这是由(yóu)于管中任(rèn)何(hé)一部分的(de)流体既不能中断也不能堆积,因(yīn)此在同一时间,流进(jìn)任一截面的(de)流体(tǐ)质量和从另一截面流(liú)出的流体质量应(yīng)该相等。这就是质量(liàng)守(shǒu)恒定律(lǜ)。
在(zài)单(dān)位时(shí)间内,流过任一截面的(de)流体体积等于流体(tǐ)流过该截面的速度乘以该截面的面积,而体积与流体密度相乘,即为单位时间内流过(guò)该截面的流(liú)体质(zhì)量。即:
m=pvA
式中 m——单位时间(jiān)内(nèi)流(liú)过任(rèn)一截面的流体质量
P——流体密度,kg/m³
V——流(liú)体速度(dù),m/s
A——所取截(jié)面面积,m²。
p1v1A1=p2v2A2=常数
这就是质量方程或(huò)连续方程。它(tā)说明(míng)通过流管各(gè)截(jié)面的质量流量必须相(xiàng)等。对于(yú)不可(kě)压缩流(liú)体(tǐ),p1=p2=常数,上式变(biàn)为
v1A1=v2A2
可知,对于不可压缩流体来说(shuō),通(tōng)过流(liú)管各横截面的体积(jī)流(liú)量必须相等。上式表明(míng),流体流速(sù)的快慢与管道(dào)截面的大小成反比,这就(jiù)是“连续性定理”。即流管横截面变小,平均流速将增(zēng)大;反之(zhī),流管横(héng)截面(miàn)变大,平均流速将变小。日常所见的山谷里的风通常比开(kāi)阔平(píng)原(yuán)的风大;在河床浅而窄(zhǎi)的地段,河水流得比较快(kuài),在河床深而宽的地段,河水流得(dé)比较慢,就(jiù)是遵(zūn)循了连续性定理。
(2)伯(bó)努(nǔ)利原理。伯(bó)努利原理是研究气流特性和空气动(dòng)力之所以产生和变(biàn)化的基本原理之一。1738年,瑞士物理学家丹尼(ní)尔·伯努利(lì)阐明了流体在(zài)流动中的(de)压力与(yǔ)速度之间的(de)关系,后来科学界称之为伯努利原(yuán)理。即流(liú)体速(sù)度大的地方压力(lì)小,流速(sù)小的(de)地方(fāng)压力大(dà),这就是流速(sù)与压力之(zhī)间的关系,也就是伯(bó)努利原理的基(jī)本定义。例如,在两(liǎng)张(zhāng)纸片中间(jiān)吹气,两纸不是分(fèn)开,而是(shì)相互靠拢。
伯努利原理是能(néng)量守恒定律在流体力学(空气流(liú)动(dòng)过程)中的(de)推广应用(yòng)。在低速流动空(kōng)气中,参与转换(huàn)的能量(liàng)有两种:动能和压(yā)力能。气流(liú)一流动(dòng),就有动能产生,流动(dòng)速度越大,动能(néng)越大。一定质量(liàng)的空气,具有一定(dìng)的压力(即静压),静压越(yuè)大,压力能越(yuè)大。根据能量守恒定律,气流稳定流过一条流管时,如果(guǒ)没有(yǒu)外界能量的加入(rù),也(yě)就(jiù)没有能量(liàng)的损失,气流流动过程中的总(zǒng)能量始终是不变的。即(jí):动能+压(yā)力能=常量。
但是流体动能与压(yā)力(lì)能是(shì)可以互相转换的(de),当(dāng)流速变(biàn)小(xiǎo)时(shí),动能(néng)减小,压力能却增大(dà),表现为压强增大。流速(sù)增大时,动能增加啊(ā),压力能就要减小,表现为压强减小。这(zhè)就是流(liú)速减小(xiǎo),压强(qiáng)升高,流速增大,压(yā)强降低的根本原因。
应当注意,以上(shàng)定理在下(xià)述条件下才成立。
1)气流是连续的(de)、稳定的。
2)流动中的空气与(yǔ)外(wài)界(jiè)没有(yǒu)能(néng)量交换。
3)气(qì)流(liú)中没有摩擦,或摩擦很小,可以忽略不计。
4)空气的密度没有变化,或变化很小(xiǎo),可认为不变。
(3)升力的产生。综合(hé)连续性定理和伯努(nǔ)利原理,可总结(jié)出如下结论(lùn):流管变细的地方,流速(sù)大(dà),压力(lì)小(xiǎo);反(fǎn)之(zhī),流管变(biàn)粗的地方,流速小,压(yā)力(lì)大。根据这(zhè)一结(jié)论,就可(kě)初步说明机翼(yì)上(shàng)产生(shēng)升(shēng)力的原因了。
从空气动力角度看,飞机的几何外形有(yǒu)机翼、机身和尾(wěi)翼[分水平尾翼(yì)(简称平尾)和(hé)垂直(zhí)尾翼(简称立尾)]等只要部件共同构成。飞机的升力绝大部分是由机翼产生,尾翼(yì)通(tōng)常是产生负升力,飞机其他部(bù)分(fèn)产生的升(shēng)力很小,一般(bān)不考虑。
空气流(liú)到(dào)机翼前(qián)缘,分(fèn)成上、下两(liǎng)股气(qì)流,分别(bié)沿(yán)机翼上、下(xià)表面流过,在机翼后(hòu)缘(yuán)重新汇合(hé)向后流去。机翼(yì)上表面比较凸出(chū),流(liú)管较细,说明流速加快,压力降低。而机翼下表面,气(qì)流(liú)受阻挡(dǎng)作用,流管(guǎn)变粗,流速(sù)减慢,压力增大(dà)。这里就引用(yòng)到了(le)上(shàng)述两个定(dìng)理。于(yú)是机(jī)翼上、下表面出现了压(yā)力差,垂直于相对气(qì)流方向的压力差(chà)的总和就(jiù)是机翼的升力。这(zhè)样,重于空(kōng)气(qì)的飞机(jī)借助机(jī)翼上获得(dé)的升力克(kè)服(fú)自身因地球(qiú)引力形成的重力,从而翱(áo)翔在蓝(lán)天上了。
机(jī)翼升力的产生主要(yào)靠上表面吸力的作用,而不(bú)是靠下表面(miàn)正压力(lì)的作(zuò)用,一(yī)般(bān)机翼上表面形成的吸力占(zhàn)总升力的60%~80%,下表面的正压形成的升力只占总升力的20%~40%。

咨询航拍(pāi)服(fú)务可加昆明俊鹰无人机飞控手老鹰(yīng)的(de)微(wēi)信laoyingfly |