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飛機飛行原理-對飛機飛行物理原理的一種描述(原書第四版) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030687029
- 條形碼：9787030687029 ; 978-7-03-068702-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
飛機飛行原理-對飛機飛行物理原理的一種描述(原書第四版) 內(nèi)容簡介
本譯著從影響飛行器性能的各個因素通過大量案例去詳細介紹飛行物理原理，側(cè)重每個因素的物理機制，而沒有冗長的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，包括了目前近期新的飛行器概念，如超聲速飛行器、高超聲速飛行器、低軌航天器等，對于了解和掌握新概念飛行器飛行原理具有重要意義。該譯著內(nèi)容針對性很強，其目的是為了讓讀者能更好地了解影響飛機飛行的要素及其相關(guān)物理機制，指導(dǎo)飛行器設(shè)計。
飛機飛行原理-對飛機飛行物理原理的一種描述(原書第四版) 目錄
目錄
叢書序
系列序
原著中文版致謝
原著中文版序
譯者序
第1章升力1
1.1升力1
1.2傳統(tǒng)機翼2
1.3運動的飛行器與運動的空氣3
1.4升力的產(chǎn)生3
1.5翼型6
1.6空氣壓力、密度和溫度8
1.7壓力與速度9
1.8動壓10
1.9意外的現(xiàn)象10
1.10機翼環(huán)流10
1.11機翼附著渦11
1.12馬格努斯效應(yīng)12
1.13翼型周圍的氣流12
1.14滯止13
1.15壓力與升力14
1.16壓力導(dǎo)致的合力方向14
1.17升力系數(shù)15
1.18攻角和彎度產(chǎn)生的升力變化16
1.19CL隨飛行條件的變化17
1.20失速17
1.21分離流中的飛行19
1.22其他產(chǎn)生升力的方法19
1.23使用發(fā)動機推力產(chǎn)生升力22
1.24旋翼產(chǎn)生的升力23
1.25高速直升機和平直兩用飛機27
1.26旋翼機28
1.27選擇的驟增29
1.28推薦閱讀29
第2章機翼31
2.1機翼平面形狀31
2.2展弦比31
2.3機翼產(chǎn)生升力31
2.4尾渦的形成34
2.5起動渦35
2.6下洗及其影響35
2.7展弦比的影響37
2.8展向升力的變化38
2.9機翼展向形狀39
2.10展向形狀及其處理、翼尖失速42
2.11后掠翼44
2.12后掠翼的缺點46
2.13三角翼47
2.14大后掠的細三角翼49
2.15其他機翼形狀51
2.16雙翼飛機和多翼飛機51
2.17連翼飛機52
第3章邊界層及其控制53
3.1一個重大突破53
3.2邊界層54
3.3邊界層是如何產(chǎn)生的55
3.4表面摩擦阻力55
3.5流動分離與失速56
3.6有利條件和不利條件57
3.7前緣分離57
3.8再附58
3.9升力的產(chǎn)生以及起動渦的形成58
3.10控制邊界層類型60
3.11邊界層控制避免不希望的流動分離60
3.12后掠翼上的邊界層與失速問題61
3.13后掠翼上更多的邊界層問題64
3.14邊界層控制大升力裝置65
3.15后緣襟翼65
3.16前緣裝置66
3.17連續(xù)可變彎度67
3.18大升力裝置的優(yōu)點與不足68
3.19主動增升裝置68
3.20邊界層尺度效應(yīng)模型測試70
3.21風(fēng)洞測試效應(yīng)71
3.22雷諾數(shù)非常低的無人飛行器（UAV）和模型72
3.23推薦閱讀74
第4章阻力75
4.1阻力系數(shù)75
4.2形狀阻力76
4.3減小形狀阻力77
4.4流線型的優(yōu)勢78
4.5減小迎風(fēng)面積78
4.6邊界層類型影響79
4.7低阻翼型80
4.8低阻力翼型特征81
4.9翼型的選取85
4.10大展弦比的另一個優(yōu)點85
4.11人工誘導(dǎo)的層流85
4.12減小尾渦（誘導(dǎo)）阻力86
4.13改善展向升力分布86
4.14翼尖形狀87
4.15端板88
4.16翼帆89
4.17翼尖小翼以及其他裝置90
4.18由于干擾效應(yīng)產(chǎn)生的阻力92
4.19負阻力94
4.20阻力對升力的依賴94
4.21推薦閱讀95
第5章高速流96
5.1高低速流之間的差異96
5.2聲速的重要性——馬赫數(shù)97
5.3超聲速風(fēng)洞里的流動99
5.4不同類型的高速流100
5.5更多關(guān)于激波的信息——正激波和斜激波100
5.6馬赫波和馬赫錐102
5.7波阻103
5.8更多關(guān)于斜激波的信息——流動轉(zhuǎn)向104
5.9氣流轉(zhuǎn)向膨脹105
5.10機翼上超聲速氣流的發(fā)展過程106
5.11跨聲速阻力上升和壓力偏移中心107
5.12邊界層與高速流108
5.13動力加熱110
5.14高超聲速流111
第6章推力和推進113
6.1推進系統(tǒng)113
6.2螺旋槳推進113
6.3噴氣推進114
6.4噴氣發(fā)動機產(chǎn)生推力115
6.5推力和動量115
6.6噴氣式和螺旋槳式推力產(chǎn)生的比較116
6.7有效推進116
6.8螺旋槳118
6.9高效螺旋槳119
6.10變螺距121
6.11恒速螺旋槳121
6.12順槳和反推力122
6.13葉片數(shù)量和形狀122
6.14反向旋轉(zhuǎn)123
6.15螺旋槳與發(fā)動機匹配124
6.16螺旋槳速度限制124
6.17高速螺旋槳125
6.18風(fēng)扇推進126
6.19涵道風(fēng)扇126
6.20低速涵道風(fēng)扇或推進器128
6.21動力裝置的選擇129
6.22活塞發(fā)動機129
6.23增壓和渦輪增壓130
6.24技術(shù)革新的需求131
6.25燃氣渦輪132
6.26燃氣渦輪效率133
6.27熱力學(xué)效率133
6.28燃氣渦輪發(fā)展134
6.29渦輪螺旋槳137
6.30多軸發(fā)動機137
6.31旁路或渦輪風(fēng)扇發(fā)動機138
6.32高旁路比渦輪風(fēng)扇或風(fēng)扇噴流139
6.33超高旁路（UHB）發(fā)動機、道具風(fēng)扇和非導(dǎo)管風(fēng)扇141
6.34再熱或加力燃燒143
6.35反推力144
6.36超聲速飛行推進145
6.37沖壓發(fā)動機推進148
6.38雙模渦輪沖壓發(fā)動機150
6.39純火箭推進151
6.40吸氣式火箭混合動力151
6.41發(fā)動機安裝152
6.42理想的推進系統(tǒng)152
6.43推薦閱讀153
第7章性能155
7.1大氣155
7.2速度和高度測量155
7.3巡航飛行158
7.4水平飛行性能159
7.5機翼載荷對阻力曲線的影響160
7.6高度對阻力曲線的影響161
7.7*大速度161
7.8經(jīng)濟和航程*佳速度162
7.9活塞式發(fā)動機的*佳經(jīng)濟性163
7.10噴氣發(fā)動機的*佳經(jīng)濟性164
7.11巡航爬升165
7.12一些實際考慮165
7.13飛行器尺寸166
7.14其他類型的動力裝置166
7.15高速飛行時的經(jīng)濟性167
7.16續(xù)航時間設(shè)計168
7.17使用活塞發(fā)動機的續(xù)航時間169
7.18使用渦輪噴氣發(fā)動機的續(xù)航時間170
7.19爬升性能170
7.20*大爬升角171
7.21爬升率173
7.22滑翔飛行174
7.23轉(zhuǎn)彎飛行性能175
7.24推薦閱讀176
第8章超聲速飛行器177
8.1超聲速機翼179
8.2超聲速飛行平面形狀181
8.3無后掠翼182
8.4后掠翼183
8.5亞聲速和超聲速前緣183
8.6中間部分184
8.7翼尖區(qū)域185
8.8亞聲速和超聲速后緣186
8.9超聲速后掠翼與邊界層189
8.10大掠角機翼189
8.11可變后掠機翼190
8.12關(guān)于平面形狀的*后幾點意見191
8.13飛行器整體191
8.14超聲速面積律192
8.15有利的干擾效果192
8.16高超聲速飛行器193
8.17“航天飛機”型飛行器194
8.18單級軌道飛行器194
8.19乘波體195
8.20超燃沖壓發(fā)動機推進的高超聲速飛行器197
8.21推薦閱讀198
第9章跨聲速飛行器199
9.1跨聲速條件下的機翼202
9.2跨聲速超臨界翼型203
9.3抖振邊界204
9.4跨聲速后掠翼207
9.5合理分配載荷209
9.6關(guān)于翼尖流動210
9.7設(shè)計機翼中間部分211
9.8結(jié)合機身考慮212
9.9跨聲速面積律212
9.10機翼設(shè)計中的若干非氣動因素213
9.11前掠翼215
9.12飛翼與翼身融合概念216
9.13結(jié)束語216
9.14推薦閱讀217
第10章飛行器控制218
10.1控制要求218
10.2飛行員的控制裝置219
10.3指示儀表221
10.4偏航控制221
10.5偏航與滾轉(zhuǎn)的耦合222
10.6俯仰控制222
10.7V形尾翼225
10.8滾轉(zhuǎn)控制226
10.9滾轉(zhuǎn)對飛行方向的影響227
10.10如何正確地轉(zhuǎn)彎227
10.11滾轉(zhuǎn)控制的相關(guān)問題229
10.12非常規(guī)控制面229
10.13直接的升力控制230
10.14機械控制系統(tǒng)231
10.15伺服調(diào)整片和配平調(diào)整片232
10.16動力伺服控制233
10.17動力控制（電傳和光傳）234
10.18反饋或感知234
10.19動力控制裝置的安全性235
10.20控制協(xié)調(diào)235
10.21發(fā)動機控制236
10.22低速時的飛機控制237
10.23在大攻角下的控制238
10.24跨聲速飛行控制239
10.25自動控制系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)240
10.26直升機的控制240
10.27推薦閱讀241
第11章靜穩(wěn)定性242
11.1需要解決的問題242
11.2配平和穩(wěn)定性要求242
11.3縱向和橫向穩(wěn)定性243
11.4縱向靜穩(wěn)定性244
11.5常規(guī)飛機的縱向靜穩(wěn)定性245
11.6縱向靜穩(wěn)定條件247
11.7松桿穩(wěn)定性249
11.8鴨式飛機的穩(wěn)定性249
11.9串列翼布局250
11.10無尾飛機的穩(wěn)定性251
11.11三角翼飛機252
11.12重心位置變化253
11.13重心裕度254
11.14機動裕度254
11.15重心限制254
11.16壓縮效應(yīng)254
11.17發(fā)動機推力線255
11.18影響縱向靜穩(wěn)定性的其他因素256
11.19不穩(wěn)定設(shè)計飛機256
11.20橫向穩(wěn)定性257
11.21上單翼布局258
11.22速度穩(wěn)定性260
第12章動穩(wěn)定性263
12.1縱向動穩(wěn)定性——俯仰振動264
12.2飛行高度對短周期俯仰振動的影響266
12.3縱向沉浮267
12.4橫向穩(wěn)定性268
12.5滾轉(zhuǎn)阻尼268
12.6螺旋模態(tài)269
12.7荷蘭滾模態(tài)271
12.8海拔高度對荷蘭滾的影響273
12.9結(jié)構(gòu)剛度效應(yīng)274
12.10人工穩(wěn)定性——馬赫配平系統(tǒng)和偏航阻尼器274
12.11旋轉(zhuǎn)275
12.12推薦閱讀278
第13章起飛與降落279
13.1起飛279
13.2起飛構(gòu)型280
13.3起飛安全——決定速度281
13.4進場與著陸283
13.5下滑道飛行284
13.6拉平和觸地285
13.7風(fēng)對著陸的影響286
13.8助降和自動著陸288
13.9特殊著陸需求288
第14章結(jié)構(gòu)影響290
14.1氣
叢書序
系列序
原著中文版致謝
原著中文版序
譯者序
第1章升力1
1.1升力1
1.2傳統(tǒng)機翼2
1.3運動的飛行器與運動的空氣3
1.4升力的產(chǎn)生3
1.5翼型6
1.6空氣壓力、密度和溫度8
1.7壓力與速度9
1.8動壓10
1.9意外的現(xiàn)象10
1.10機翼環(huán)流10
1.11機翼附著渦11
1.12馬格努斯效應(yīng)12
1.13翼型周圍的氣流12
1.14滯止13
1.15壓力與升力14
1.16壓力導(dǎo)致的合力方向14
1.17升力系數(shù)15
1.18攻角和彎度產(chǎn)生的升力變化16
1.19CL隨飛行條件的變化17
1.20失速17
1.21分離流中的飛行19
1.22其他產(chǎn)生升力的方法19
1.23使用發(fā)動機推力產(chǎn)生升力22
1.24旋翼產(chǎn)生的升力23
1.25高速直升機和平直兩用飛機27
1.26旋翼機28
1.27選擇的驟增29
1.28推薦閱讀29
第2章機翼31
2.1機翼平面形狀31
2.2展弦比31
2.3機翼產(chǎn)生升力31
2.4尾渦的形成34
2.5起動渦35
2.6下洗及其影響35
2.7展弦比的影響37
2.8展向升力的變化38
2.9機翼展向形狀39
2.10展向形狀及其處理、翼尖失速42
2.11后掠翼44
2.12后掠翼的缺點46
2.13三角翼47
2.14大后掠的細三角翼49
2.15其他機翼形狀51
2.16雙翼飛機和多翼飛機51
2.17連翼飛機52
第3章邊界層及其控制53
3.1一個重大突破53
3.2邊界層54
3.3邊界層是如何產(chǎn)生的55
3.4表面摩擦阻力55
3.5流動分離與失速56
3.6有利條件和不利條件57
3.7前緣分離57
3.8再附58
3.9升力的產(chǎn)生以及起動渦的形成58
3.10控制邊界層類型60
3.11邊界層控制避免不希望的流動分離60
3.12后掠翼上的邊界層與失速問題61
3.13后掠翼上更多的邊界層問題64
3.14邊界層控制大升力裝置65
3.15后緣襟翼65
3.16前緣裝置66
3.17連續(xù)可變彎度67
3.18大升力裝置的優(yōu)點與不足68
3.19主動增升裝置68
3.20邊界層尺度效應(yīng)模型測試70
3.21風(fēng)洞測試效應(yīng)71
3.22雷諾數(shù)非常低的無人飛行器（UAV）和模型72
3.23推薦閱讀74
第4章阻力75
4.1阻力系數(shù)75
4.2形狀阻力76
4.3減小形狀阻力77
4.4流線型的優(yōu)勢78
4.5減小迎風(fēng)面積78
4.6邊界層類型影響79
4.7低阻翼型80
4.8低阻力翼型特征81
4.9翼型的選取85
4.10大展弦比的另一個優(yōu)點85
4.11人工誘導(dǎo)的層流85
4.12減小尾渦（誘導(dǎo)）阻力86
4.13改善展向升力分布86
4.14翼尖形狀87
4.15端板88
4.16翼帆89
4.17翼尖小翼以及其他裝置90
4.18由于干擾效應(yīng)產(chǎn)生的阻力92
4.19負阻力94
4.20阻力對升力的依賴94
4.21推薦閱讀95
第5章高速流96
5.1高低速流之間的差異96
5.2聲速的重要性——馬赫數(shù)97
5.3超聲速風(fēng)洞里的流動99
5.4不同類型的高速流100
5.5更多關(guān)于激波的信息——正激波和斜激波100
5.6馬赫波和馬赫錐102
5.7波阻103
5.8更多關(guān)于斜激波的信息——流動轉(zhuǎn)向104
5.9氣流轉(zhuǎn)向膨脹105
5.10機翼上超聲速氣流的發(fā)展過程106
5.11跨聲速阻力上升和壓力偏移中心107
5.12邊界層與高速流108
5.13動力加熱110
5.14高超聲速流111
第6章推力和推進113
6.1推進系統(tǒng)113
6.2螺旋槳推進113
6.3噴氣推進114
6.4噴氣發(fā)動機產(chǎn)生推力115
6.5推力和動量115
6.6噴氣式和螺旋槳式推力產(chǎn)生的比較116
6.7有效推進116
6.8螺旋槳118
6.9高效螺旋槳119
6.10變螺距121
6.11恒速螺旋槳121
6.12順槳和反推力122
6.13葉片數(shù)量和形狀122
6.14反向旋轉(zhuǎn)123
6.15螺旋槳與發(fā)動機匹配124
6.16螺旋槳速度限制124
6.17高速螺旋槳125
6.18風(fēng)扇推進126
6.19涵道風(fēng)扇126
6.20低速涵道風(fēng)扇或推進器128
6.21動力裝置的選擇129
6.22活塞發(fā)動機129
6.23增壓和渦輪增壓130
6.24技術(shù)革新的需求131
6.25燃氣渦輪132
6.26燃氣渦輪效率133
6.27熱力學(xué)效率133
6.28燃氣渦輪發(fā)展134
6.29渦輪螺旋槳137
6.30多軸發(fā)動機137
6.31旁路或渦輪風(fēng)扇發(fā)動機138
6.32高旁路比渦輪風(fēng)扇或風(fēng)扇噴流139
6.33超高旁路（UHB）發(fā)動機、道具風(fēng)扇和非導(dǎo)管風(fēng)扇141
6.34再熱或加力燃燒143
6.35反推力144
6.36超聲速飛行推進145
6.37沖壓發(fā)動機推進148
6.38雙模渦輪沖壓發(fā)動機150
6.39純火箭推進151
6.40吸氣式火箭混合動力151
6.41發(fā)動機安裝152
6.42理想的推進系統(tǒng)152
6.43推薦閱讀153
第7章性能155
7.1大氣155
7.2速度和高度測量155
7.3巡航飛行158
7.4水平飛行性能159
7.5機翼載荷對阻力曲線的影響160
7.6高度對阻力曲線的影響161
7.7*大速度161
7.8經(jīng)濟和航程*佳速度162
7.9活塞式發(fā)動機的*佳經(jīng)濟性163
7.10噴氣發(fā)動機的*佳經(jīng)濟性164
7.11巡航爬升165
7.12一些實際考慮165
7.13飛行器尺寸166
7.14其他類型的動力裝置166
7.15高速飛行時的經(jīng)濟性167
7.16續(xù)航時間設(shè)計168
7.17使用活塞發(fā)動機的續(xù)航時間169
7.18使用渦輪噴氣發(fā)動機的續(xù)航時間170
7.19爬升性能170
7.20*大爬升角171
7.21爬升率173
7.22滑翔飛行174
7.23轉(zhuǎn)彎飛行性能175
7.24推薦閱讀176
第8章超聲速飛行器177
8.1超聲速機翼179
8.2超聲速飛行平面形狀181
8.3無后掠翼182
8.4后掠翼183
8.5亞聲速和超聲速前緣183
8.6中間部分184
8.7翼尖區(qū)域185
8.8亞聲速和超聲速后緣186
8.9超聲速后掠翼與邊界層189
8.10大掠角機翼189
8.11可變后掠機翼190
8.12關(guān)于平面形狀的*后幾點意見191
8.13飛行器整體191
8.14超聲速面積律192
8.15有利的干擾效果192
8.16高超聲速飛行器193
8.17“航天飛機”型飛行器194
8.18單級軌道飛行器194
8.19乘波體195
8.20超燃沖壓發(fā)動機推進的高超聲速飛行器197
8.21推薦閱讀198
第9章跨聲速飛行器199
9.1跨聲速條件下的機翼202
9.2跨聲速超臨界翼型203
9.3抖振邊界204
9.4跨聲速后掠翼207
9.5合理分配載荷209
9.6關(guān)于翼尖流動210
9.7設(shè)計機翼中間部分211
9.8結(jié)合機身考慮212
9.9跨聲速面積律212
9.10機翼設(shè)計中的若干非氣動因素213
9.11前掠翼215
9.12飛翼與翼身融合概念216
9.13結(jié)束語216
9.14推薦閱讀217
第10章飛行器控制218
10.1控制要求218
10.2飛行員的控制裝置219
10.3指示儀表221
10.4偏航控制221
10.5偏航與滾轉(zhuǎn)的耦合222
10.6俯仰控制222
10.7V形尾翼225
10.8滾轉(zhuǎn)控制226
10.9滾轉(zhuǎn)對飛行方向的影響227
10.10如何正確地轉(zhuǎn)彎227
10.11滾轉(zhuǎn)控制的相關(guān)問題229
10.12非常規(guī)控制面229
10.13直接的升力控制230
10.14機械控制系統(tǒng)231
10.15伺服調(diào)整片和配平調(diào)整片232
10.16動力伺服控制233
10.17動力控制（電傳和光傳）234
10.18反饋或感知234
10.19動力控制裝置的安全性235
10.20控制協(xié)調(diào)235
10.21發(fā)動機控制236
10.22低速時的飛機控制237
10.23在大攻角下的控制238
10.24跨聲速飛行控制239
10.25自動控制系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)240
10.26直升機的控制240
10.27推薦閱讀241
第11章靜穩(wěn)定性242
11.1需要解決的問題242
11.2配平和穩(wěn)定性要求242
11.3縱向和橫向穩(wěn)定性243
11.4縱向靜穩(wěn)定性244
11.5常規(guī)飛機的縱向靜穩(wěn)定性245
11.6縱向靜穩(wěn)定條件247
11.7松桿穩(wěn)定性249
11.8鴨式飛機的穩(wěn)定性249
11.9串列翼布局250
11.10無尾飛機的穩(wěn)定性251
11.11三角翼飛機252
11.12重心位置變化253
11.13重心裕度254
11.14機動裕度254
11.15重心限制254
11.16壓縮效應(yīng)254
11.17發(fā)動機推力線255
11.18影響縱向靜穩(wěn)定性的其他因素256
11.19不穩(wěn)定設(shè)計飛機256
11.20橫向穩(wěn)定性257
11.21上單翼布局258
11.22速度穩(wěn)定性260
第12章動穩(wěn)定性263
12.1縱向動穩(wěn)定性——俯仰振動264
12.2飛行高度對短周期俯仰振動的影響266
12.3縱向沉浮267
12.4橫向穩(wěn)定性268
12.5滾轉(zhuǎn)阻尼268
12.6螺旋模態(tài)269
12.7荷蘭滾模態(tài)271
12.8海拔高度對荷蘭滾的影響273
12.9結(jié)構(gòu)剛度效應(yīng)274
12.10人工穩(wěn)定性——馬赫配平系統(tǒng)和偏航阻尼器274
12.11旋轉(zhuǎn)275
12.12推薦閱讀278
第13章起飛與降落279
13.1起飛279
13.2起飛構(gòu)型280
13.3起飛安全——決定速度281
13.4進場與著陸283
13.5下滑道飛行284
13.6拉平和觸地285
13.7風(fēng)對著陸的影響286
13.8助降和自動著陸288
13.9特殊著陸需求288
第14章結(jié)構(gòu)影響290
14.1氣
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飛機飛行原理-對飛機飛行物理原理的一種描述(原書第四版) 節(jié)選
第1章 升力 飛行器在飛行過程中為平衡自身重力所需的力稱為升力。為了解釋機翼產(chǎn)生升力的方式，有人曾在多年以前提出過一個看似有說服力的理論，盡管現(xiàn)在看來該理論并不正確，但是它卻廣為人知。可以說，世界上大多數(shù)駕駛操縱飛行器的人們都被對飛行器的飛行原理持有錯誤理解。盡管確實能找到正確的理論，但它們大多被藏在晦澀的數(shù)學(xué)公式中。本書的目的正是通過簡單的物理形式來精確描述正確的飛行原理，在此過程中，我們將會揭開一些根深蒂固的科學(xué)謊言。 1.1 升力 為了維持飛行器在空氣中平穩(wěn)地飛行，需要產(chǎn)生一個方向向上的升力用來平衡重力，如圖1.1所示。然而，飛行器在實際飛行中并不會始終保持穩(wěn)定的平飛狀態(tài)，例如俯沖過程，這便需要產(chǎn)生一個大小不等于重力且方向不垂直向上的力。因此，如圖1.2所示，我們將升力更廣義地定義為一個方向與飛行方向夾角為直角的力。只有在平飛過程中，升力的大小才等于重力大小，方向垂直向上。從圖1.2中還應(yīng)注意到，飛行器并非一直朝向自身的飛行方向。 圖1.1 平飛過程中飛機受力示意圖 升力抵消重力，推力抵消阻力 圖1.2 氣動力方向 升力與飛機相對空氣的飛行速度方向成直角，也垂直于機翼軸線方向，因此不一定一直垂直于地面向上。圖中展示出飛機軸線方向并不與飛行方向完全一致 1.2 傳統(tǒng)機翼 產(chǎn)生升力的方法有很多種，我們將首先介紹傳統(tǒng)機翼產(chǎn)生升力的方式。 傳統(tǒng)飛機的每一個部件都各自承擔(dān)一種主要功能。這些部件的名稱與功能如圖1.3所示。在該經(jīng)典構(gòu)型中，機翼產(chǎn)生絕大部分升力，尾翼用來控制飛機和保持飛行穩(wěn)定，一般也會產(chǎn)生較小的負升力或下壓力。 圖1.3 經(jīng)典飛機實例 每個部件僅有一個主要功能 航空領(lǐng)域的早期探索都是在借鑒鳥類飛行原理，即通過機翼擺動同時產(chǎn)生升力和推力。然而，當前經(jīng)典的飛機布局（通常認為起源于英國工程師喬治 凱利，George Cayley）更適合現(xiàn)有的技術(shù)。但是一些非常規(guī)的構(gòu)型仍然具有理論優(yōu)勢，且隨著技術(shù)的進步，這些構(gòu)型將會變得更加普遍。在一些近期誕生的飛行器類型中，尾翼，甚至機身，都會提供很大一部分升力，這些構(gòu)型將在后續(xù)的章節(jié)中進行介紹。 1.3 運動的飛行器與運動的空氣 在介紹升力的產(chǎn)生方式之前，需要首先明確一個事實，即如果空氣以一定的速度流向一個靜止的飛行器，例如在風(fēng)洞中進行飛行器吹風(fēng)試驗，飛行器受到的氣動力與飛行器以相同速度飛過靜止的空氣時受到的氣動力相同。換句話說，實際對氣動力產(chǎn)生影響的是空氣與飛行器之間的相對速度。該事實有助于飛行力學(xué)的發(fā)展，因為空氣以一定速度流過固定物體時發(fā)生的相互作用比運動中的物體經(jīng)過靜止空氣時發(fā)生的作用更加容易理解和描述。 1.4 升力的產(chǎn)生 對于所有飛行器機翼而言，不管是傳統(tǒng)構(gòu)型還是非傳統(tǒng)構(gòu)型，升力都是通過在機翼下方產(chǎn)生高于機翼上方的壓力而形成的。為了得到這個壓力差，必須設(shè)計一個與相對空氣速度構(gòu)成一定夾角的傾斜面（如圖1.4所示），或者設(shè)計一個彎曲的翼面（如圖1.5所示）。實際設(shè)計過程中一般會將傾斜和彎曲兩者結(jié)合。圖1.4和圖1.5中所展示的橫截面都已經(jīng)在實際的飛行器上成功應(yīng)用。飛行器采用何種類型的機翼形狀取決于它的飛行包線以及其他功能需求。 圖1.4 傾斜表面 平板或?qū)ΨQ截面在與來流方向存在夾角時產(chǎn)生升力 圖1.5 彎曲翼型 （d）顯示的截面代表飛機翻轉(zhuǎn)情況下的機翼剖面 那么這幾類構(gòu)型在空氣中運動時是如何產(chǎn)生壓力差的呢？早期的實驗發(fā)現(xiàn)，無論是采用傾斜面還是彎曲面，機翼上方的氣流平均速度都比下方的氣流平均速度大。而后面我們將推導(dǎo)出，空氣速度的增加會與壓力的降低相關(guān)，那么機翼上方較快的氣流速度自然與較小的壓力直接相關(guān)。因此，以往解釋升力產(chǎn)生依靠的理論是： 機翼上下方的氣流速度差產(chǎn)生壓力差。然而這樣的解釋難以令人信服，因為這會牽扯出一個“雞生蛋還是蛋生雞”的問題，即我們無法確定是速度差導(dǎo)致了壓力差還是壓力差導(dǎo)致了速度差，而且從物理上也很難簡單地描述速度差產(chǎn)生的原因。 圖1.5（a）中展示的彎曲機翼截面與這個普遍且具有誤導(dǎo)性的解釋直接相關(guān)，即機翼上方的氣流由于要比下方繞行更遠的距離而必須提速以與下方氣流保持同步。 且不說翼面上下方的氣流為什么需要保持同步，該解釋本身就不能令人滿意，例如上下表面長度一致的傾斜平板或者對稱截面機翼也能夠產(chǎn)生與彎曲截面機翼相同的升力。另外，圖1.5（a）中展示的彎曲機翼截面即便在上下翻轉(zhuǎn)的情況仍然能夠產(chǎn)生升力，所有看過航展的人都應(yīng)該知道很多飛行器都是可以在機身翻轉(zhuǎn)的情況下保持飛行的。事實上，對于為什么會有一些飛行器不能在翻轉(zhuǎn)的情況下飛行并沒有一個合理的氣動解釋。這類飛行器不能進行此類操作，實際上大多是基于結(jié)構(gòu)方面的考慮。 幾乎所有形狀在彎曲或傾斜于來流方向的情況下都能夠產(chǎn)生升力。通過傾斜并加速到一定速度，即便是磚頭也能飛起來。然而磚頭并不能作為機翼的基準構(gòu)型，這主要是由于它在產(chǎn)生升力的同時會產(chǎn)生很大的阻力。 如果研究圖1.4和圖1.5中所有構(gòu)型的環(huán)繞流場，你會發(fā)現(xiàn)上表面處的氣流速度一直比較大。除此之外，通過上表面的氣流確實也需要流過更長的距離。圖1.6（a）和圖1.13顯示了與此相關(guān)的奇怪流場現(xiàn)象，可以看到氣流在機翼頭部（或前緣）下方某點處分成兩股，該現(xiàn)象并非如一些人所預(yù)測的正好發(fā)生在前緣。空氣不會沿著*短的路徑流動，而是更傾向于沿著頂部彎曲流動，甚至逆著主流方向向前流動一小段距離。 圖1.6 實際黏性流與理論無黏流的流線圖案 在（b）中展示的理論無黏流圖案看起來與翻轉(zhuǎn)后的圖案一樣，上下表面總有相對應(yīng)的區(qū)域承受高壓和低壓，因此，不能預(yù)測升力和阻力 顯然，產(chǎn)生升力不一定需要使用圖1.5（a）所示類型的常規(guī)翼型截面，因此使用了這類構(gòu)型的任何解釋都不再具有說服力。 我們發(fā)現(xiàn)，升力的產(chǎn)生出乎意料地取決于空氣的黏度或黏性。早期的理論忽略了黏度，并預(yù)測了簡單傾斜表面周圍的流動形式類似于圖1.6（b）。在此圖中可以看到，流線圖案具有一種對稱性，即便把它們倒過來看仍然能夠看到相同的情況。因此，壓力分布也會具有相似的對稱性，在上表面和下表面上必然有恰好對應(yīng)的低壓和高壓區(qū)域，所以早期理論認為這將不會產(chǎn)生升力。 實際上真實的流場結(jié)構(gòu)更像是圖1.6（a）中展示的那樣。*大的區(qū)別是此圖中通過上下表面的兩股流動在翼尾處再次匯合，且不會發(fā)生方向突變，流場中不存在對稱性。上下表面的平均壓力不同，因此產(chǎn)生升力。 這種流動在尾部發(fā)生匯合的流場現(xiàn)象被稱為庫塔（Kutta）條件。在第3章我們將介紹空氣的黏性是如何導(dǎo)致這種不對稱流動并*終產(chǎn)生升力的。 1.5 翼型 翼型（airfoil或aerofoil）是機翼的截面形狀。盡管扁平型或是彎曲型薄板構(gòu)成的機翼能夠產(chǎn)生充足的升力，但它們的強度和剛度較低，難以對抗彎折。早期使用薄截面板狀機翼的飛行器采用復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)（如外部金屬絲和支板）來支撐機翼以使其保持足夠的強度，如圖1.7所示。后來為了減小阻力，去掉了外部的線結(jié)構(gòu)，機翼依靠內(nèi)部梁結(jié)構(gòu)或者盒型結(jié)構(gòu)來支撐，這樣便要求機翼更厚。隨后還發(fā)現(xiàn)類似于圖1.5（a）中所示的厚“翼型截面”形狀具有許多空氣動力學(xué)優(yōu)勢，這將在后面進行描述。 機翼相對于氣流的傾斜角度被稱為攻角（angle of attack）。在英式英語中常用入射角（incidence）一詞代替攻角使用，但是在美式英語中使用時（以及在較早的英式英語中），incidence也可指代安裝角，即機翼相對于機身主體的安裝角度。術(shù)語“攻角”的意思更加明確，因此我們將用攻角表示機翼與氣流的傾斜角。中弧線（mean line）是在前緣和后緣之間繪制的假想線，連接上表面和下表面所有對應(yīng)點的中點，如圖1.8所示。這條線與連接前緣和后緣的直線（稱為弦線）之間的*大偏差即是彎度（camber），但翼型的彎度通常改寫為此*大偏差相對機翼弦長的百分比。圖1.5顯示了彎曲翼型截面的示例。當機翼較厚且僅使用較小的彎度時，上、下表面都可能是凸面，如圖1.8所示。 圖1.7 （a）彎曲平板機翼 薄彎曲平板翼型在1910年已有應(yīng)用（本圖攝于Old Warden，沙特爾沃思收藏館）
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