图2-15 升力系数曲线
必须指出，伯努利定理和以上计算升力的公式，只有对完全没有粘性的流体来说才比较准确。事实上，空气也是由粘性的，由于粘性的作用，机翼的升力会受到影响，飞机飞行不仅会产生升力，而且会产生阻力。
升力系数曲线一般如图所示。从图上可看到，曲线的横座标代表迎角?，纵座标代表升力系数CY，提据一定的迎角便可查出它的升力系数。ɑ
如果是机翼前缘稍上抬，翼弦同气流有一个不大的迎角?，如图所示。机翼产生的升力会更大些。所谓迎角就是相对气流与翼弦所成的角度。翼弦是指翼型前缘与后缘连成的直线。
一般上下不对称的翼型在迎角等于0度时，仍然产生一定的升力，因此升力系数在0度迎角时不为零，只有到负迎角时才使升力系数为零。对称翼型在0度迎角时不产生升力，升力系数为0。升力系数为零的迎角就是无升力迎角?0。从这个迎角开始，迎角于升力系数成正比，升力系数曲线称为一根向上斜的直线。当迎角加大到一定程度以后，如图中16度时升力系数就开始下降。升力系数达到最大值的迎角称为临界迎角。这时的升力系数称为最大升力系数，用符号CYmax表示。飞机飞行时，如果迎角超过临界迎角，便会因为升力突然减少以至下坠，这种情况称为失速。
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第四节 飞行的阻力
飞机飞行时机翼上不仅有升力产生，同时还会由于空气的粘性会产生阻力。 1、空气的粘性和边界层与雷诺数
用两个非常接近，但有没有接触的圆盘做实验，其中一个用电动机带动，使它高速旋转；另一个用线吊起来，经过一段时间以后，那个用线吊起来的远方也会慢慢的旋转起来，这个实验可以证实空气是有粘性的。
图2-16 空气的粘度
由于空气粘性的影响，当空气流过物体表面的时候，贴近物体表面的空气质点粘附在物体表面上，它们的运动速度为零，随着同物体表面距离的增加，空气质点的速度也逐渐增大。远到一定的距离后，空气粘性的作用就不那么明显了。这一薄层空气叫做边界层或附面层。在模型飞机机翼表面，边界层大约有2~3毫米厚，在边界层内，如果空气流动是一层一层有规律的，叫做层流边界层；如果空气流动是杂乱无章的，叫做紊流边界层。
图2-17 层流和紊流
层流边界层的空气质点的流动可以认为使一层一层的，很有层次也很有规律。各层的空气都以一定的速度在流动，层与层之间的空气质点不会互相乱窜。所以在层流边界层空气粘性所产生的影响也较小。而紊流边界层却不然。在紊流边界层空气质点的运动规律正好与层流相反，是杂乱无章的。靠近最上面的那层速度比较大的空气质
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点可能会跑到底下速度比较慢的地方来，而底下的质点也会跑到上面去。
边界层内空气质点流动的这些规律，也反映在这两种边界层内速度变化方面。虽然这两种边界层在最靠近物体得到那一点气流速度都是零，即相当于空气“粘”在物体表面一样；而在边界层外边的气流速度，都与没有粘性的情况相同。但是在从0变化到边界外边的速度之间，边界层内部的速度变化规律确实不同的。从图中可以看到，层流边界层内的速度变化比较激烈；而紊流边界层除了十分贴近物体表面的范围外，在其他地方速度变化并不大，所以紊流边界层内的空气质点具有的动能也比较大。当物体表面上形成紊流边界层时，空气质点的运动就很不容易停顿下来，层流边界层则相反。
刚才讲了边界层内空气质点运动速度的变化情况，那么边界层内的压强有没有变化呢？要注意，前面讲过的伯努利定理在边界层内已不再适用。因为伯努利定理中假定气流在通道中的能量是不变的。而在边界层中，由于粘性的影响消耗了空气质点的一部分动能，在物体表面上，由于粘性影响最大，空气质点的动能全部消耗殆尽。研究表明，尽管沿着边界层厚度方向空气质点的速度不同，但它们的静压确是相同的。
空气流过物体表面时，什么时候会产生层流边界层或者紊流边界层呢？产生不同边界层与哪些因素有关呢？
气流在刚开始作用于的物体时，在物体表面所形成的边界层是比较薄的，边界层内的流动也比较有层次。所以一般是层流边界层。空气质点流过的物体表面越长，边界层也越厚，这时边界层内的流动便开始混乱起来了。由于气流流过物体表面受到扰乱（不管物体表面多么光滑，对于空气质点来说，还是很粗糙的）。结果是空气质点的活动越来越活跃，边界层内的气流不再很有层次，边界层内的空气质点互相攒动，互相影响，物体表面的边界层也就变成了紊流边界层。
决定物体表面边界层到底是层流或是紊流，主要根据五个因素：（1）气流的相对速度；（2）气流流过的物体表面长度；（3）空气的粘性和密度；（4）气流本身的紊乱程度；（5）物体表面的光滑程度和形状。
气流的流速越大，流过物体表面的距离越长，或空气的密度越大（即每单位体积的空气分子越多），层流边界层变越容易变成紊流边界层。相反，如果气体的粘性越小，流动起来变越稳定，越不容易变成紊流边界层。在考虑层流边界层是否会变成紊流时，这些有关的因素都要估计在内。
空气同物体的相对速度?越大，空气流过物体表面的距离l（模型飞机的翼弦长）越长，空气的密度越大，层流边界层就越容易变成紊流边界层。这三个因素相乘后同空气的粘性系数?相比，比值就叫做雷诺数，用Re表示：0.00000182Kgs/m2
??lRe?
?式中?的单位是m/s，l的单位是m，?近似取0.125Kgs2/m4，?可取0.000001Kg82s/m2。这样，雷诺数可以简化成：
Re?69000?l
在空气动力学上，将层流边界层变成紊流边界层的雷诺数，称为临界雷诺数。如
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果空气流过物体时的雷诺数小于临界雷诺数，那么在物体表面形成的边界层都是层流边界层；如果空气流过同一物体时的雷诺数超过临界雷诺数，那么在这个物体表面的层流边界层就开始变成紊流边界层。因此，临界雷诺数表示流体从层流向紊流过渡的转折点。一般模型飞机机翼翼型的临界雷诺数大约是50000。
必须指出，上式是对应于气温为15℃的海平面国际标准大气的条件下的。气温对空气粘性的影响比较大啊，加之模型飞机的飞行雷诺数本来就不大，所以气温对模型飞机的雷诺数的影响就显得更加严重。
图2-18 雷诺数随气温变化
做模型的风洞试验时，如果能使模型试验的雷诺数与实际飞行的雷诺数相等，那么仅就空气粘性这个因素而言，模型流场的流型与实物流场便相似了。这是流体力学的相似法之一。作低速实验时，这样取得的阻力系数便与实际飞行的相等了。 2、飞行的阻力
只要物体同空气有相对运动，必然有空气阻力作用在物体上。作用在模型飞机上的阻力主要有摩擦阻力，压差阻力和诱导阻力以及干扰阻力。
（1）摩擦阻力，当空气流过机翼表面的时候，由于空气的粘性作用，在空气和机翼表面之间会产生摩擦阻力。如果机翼表面的边界层是层流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力比较小；如果机翼表面的边界层是紊流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力就比较大。摩擦阻力的大小和粘性影响的大小、物体表面的光滑程度以及物体与
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空气接触面积（称为浸润面积）等因素有关。模型飞机暴露在空气中的面积越大、摩擦阻力也愈大。
为了减少摩擦阻力，可以减少模型飞机同空气的接触面积，也可以把模型表面做光滑些，使表面产生层流层。但不是越光滑越好，因为表面太光滑，容易引起层流边界层，在模型飞机的低雷诺数条件下，层流边界层的气流容易分离，会使压差阻力大大增加。
而对于不产生升力的部件，还是设法把它的表面打磨得比较光滑一些，以减少它的摩擦阻力。
（2）压差阻力。一块平板，平行于气流运动阻力比较小，垂直于气流运动阻力比较大，如图所示。因为这种阻力是由于平板前后存在压力差而引起的，所以，我们把这种阻力叫做压差阻力。如果进行进一步的研究，可以看到，产生这个压力差的根本原因还是由于空气的粘性。
图2-19 压差阻力
图2-20 驻点与粘度对气流的流动影响
以圆球为例，当空气流动，假设空气没有粘性，则圆球前后、上下的压力分布分别相同，所以也没有上下方向的压力差——升力，也没有前后方向的压力差——压差阻力。只有当空气有粘性时，气流流过圆球表面会损失一些能量，使得在圆球的前端
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航模基础知识 原理与结构 - 图文
