翼型

更新时间:2024-06-19 13:08

飞机机翼、尾翼,导弹翼面,直升机旋翼叶片和螺旋桨叶片上平行于飞行器对称面或垂直于前缘(或 1/4弦长点连线)的剖面形状,也称翼剖面或叶剖面。

概述

在空气动力学中,翼型通常理解为二维机翼,即剖面形状不变的无限翼展机翼。低速和亚声速翼型的典型外形如图所示,它前端圆滑,后端成尖角形;后尖点称为后缘;翼型上距后缘最远的点称为前缘;连接前后缘的直线称为翼弦,其长度称为弦长。在翼型内部作一系列与上下翼面相切的内切圆,诸圆心的连线称为翼型的中弧线,其中最大内切圆的直径称为翼型的厚度,中弧线和翼弦之间的最大距离称为弯度;前缘的曲率半径称为前缘半径。超声速翼型的前缘也可能是尖的。翼型的相对厚度和相对弯度分别定义为厚度和弯度对弦长之比,弯度为零的翼型称为对称翼型,其中弧线与翼弦重合。

当翼型相对于空气运动时,翼型表面会受到气流的作用力,其合力在翼型运动方向或来流方向上的分力是翼型所受到的阻力,垂直于上述方向的分力是翼型的举力。这些作用力对前缘(或对距前缘1/4弦长点)的力矩称为俯仰力矩。在低速和亚声速情况下,还有一种翼型叫作层流翼型,它的最大厚度较靠后,边界层的层流段较长,因而摩擦阻力较小。在跨声速情形下,有一种翼型叫作超临界翼型,它的上表面比较平坦,翼面上一般只产生压缩波和膨胀波,间或有弱激波,因而波阻较小。

翼型

随着航空科学的发展,世界各主要航空发达的国家建立了各种翼型系列。美国有NACA系列,德国有DVL系列,英国有RAF系列,苏联有ЦΑΓИ系列等。这些翼型的资料包括几何特性和气动特性,可供气动设计人员选取合适的翼型。

1)NACA翼型

在现有的翼型资料中,NACA翼型系列的资料比较丰富,飞行器上采用这一系列的翼型也比较多。NACA翼型系列主要包括下列一些翼型族:

①4位数翼型族:这是最早建立的一个低速翼型族。例如,NACA2415翼型,其含义第一位数值2表示最大相对弯度为2%;第二位数4表示最大弯度位于翼弦前缘的40%处;末两位数15表示相对厚度为15%。这一族翼型的中线由前后两段抛物线组成,厚度分布函数由经验的解析公式确定。

②5位数翼型族:这是在4位数翼型族的基础上发展的。这一族翼型的中线有两种类型,一类是简单中线,它的前段为三次曲线,后段为直线;另一类是S形中线,前后两段都是三次曲线,后段上翘的形状能使零升力矩系数为零,这个特性通过第三位数来表征,例如NACA24015中0表示后段为直线。这族翼型的厚度分布与4位数翼型族的相同。

③6族翼型:适用于较高速度的一些翼型族,得到广泛应用。这种翼型又称层流翼型,它的前缘半径较小,最大厚度位置靠后,能使翼型表面上尽可能保持层流流动,以便减小摩擦阻力。

④1族、7族、8族等翼型族,还有各种修改翼型。

2)超临界翼型

随着飞行器速度的不断提高,流过翼面的流速有可能超过当地音速,这时流动中会出现激波,还可能引起流动分离,这都使阻力增大。因此,过去都致力于研究避免翼面流动超过音速的翼型。但到了60年代,英国的H.H.皮尔赛和美国的R.T.惠特科姆发现有可能找到不产生激波或产生较弱激波的跨音速翼型。他们和荷兰的G.Y.纽兰德分别设计了“尖峰翼型”、“超临界翼型”、“拟椭圆翼型”等跨音速翼型。超临界翼型的特点是头部比较丰满,上表面中部比较平坦。因此压强分布也比较平坦,没有显著的高峰,并能比较和缓地减速到亚音速(或仅出现较弱激波)。有时,为了提高升力,使翼型下表面的后部向内凹,使这里的压强增高,上下翼面的压差(载荷)增大,这种翼型称为有后加载的翼型。类似地,还有所谓有前加载的翼型。

3)超音速翼型

超音速飞行的飞行器,为了减小波阻常采用尖前缘的对称翼型。常见的翼型有菱形、六面形和由上下两圆弧组成的双凸翼型。由于飞机要在低速到高速的整个范围内使用,翼型的选用必须兼顾高、低速特性,而且采用后掠可使超音速飞机的机翼保持亚音速前缘,所以大多数超音速飞机仍采用小钝头的亚音速翼型。而超音速导弹主要用作超音速飞行,因此弹翼多采用超音速翼型。

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