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[科普中国]-有利迎角

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定义

有利迎角是最大升阻比对应的迎角。

最大升阻比升阻比是指飞行器在飞行过程中,在同一迎角的升力与阻力(也即升力系数与阻力系数)的比值。

其值与飞行器迎角、飞行速度等参数有关,此值愈大说明飞行器的空气动力性能愈好。对一般的飞机而言,低速和亚音速飞机可达17~18,跨音速飞机可达10~12,马赫数为2的超声速飞机约为4~8。1

升阻比是评定飞机空气动力特性、表示飞机气动效率的一个重要参数,对于固定的飞机它主要是飞行马赫数与迎角的函数。

最大升阻比是升阻比的最大值。

迎角迎角(Angle of attack)对于固定翼飞机,机翼的前进方向(相当于气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角,也称为攻角,它是确定机翼在气流中姿态的基准。

迎角大小与飞机的空气动力密切相关。飞机的升力与升力系数成正比;阻力与阻力系数成正比。升力系数和阻力系数都是迎角的函数。在一定范围内,迎角越大,升力系数与阻力系数也越大。但是,当迎角超过某一数值(称为临界迎角),升力系数反而开始减小,同时由于迎角较大时,出现了粘滞压差阻力的增量,阻力系数与迎角的二次方成反比,当超过临界迎角时,分离区扩及整个上翼面,阻力系数急剧增大。这时飞机就可能失速。

因此,迎角是重要的飞行参数之一,飞行员必须使飞机在一定的迎角范围内飞行。所以有的飞机有一块专门指示迎角的仪表——迎角表。有的飞机还有失速警告系统。当实际迎角接近临界迎角而使飞机有失速的危险时,失速警告系统即发出各种形式的告警信号。

螺旋桨桨叶有利迎角对于螺旋桨桨叶有利迎角概念的确定,一直存在着不同认识一种观点认为螺旋桨的单个桨叶与飞机的机翼相似,单个桨叶的气动性能随桨叶迎角的变化可按翼型的气动性能随翼型迎角的变化规律分析,因此翼型有利迎角的变化规律可以移用到螺旋桨的桨叶上,即在桨叶迎角有利迎角条件下,随着桨叶迎角的增加,桨叶总空气动力向旋转面靠近(离开拉力轴),其拉力随着桨叶迎角的增大而减小。另一种观点认为对于螺旋桨向左转的某型飞机,左边桨叶迎角比较大,所以左边的桨叶迎角大于桨叶有利迎角,桨叶拉力减小;右边桨叶迎角比较小,所以右边的桨叶迎角小于桨叶有利迎角,桨叶拉力增大左右桨叶拉力差对飞机重心形成左偏力短还有一种观点认为在最大油门、最大平飞速度、螺旋桨效率最高时,桨叶迎角接近桨叶有利迎角,桨叶处于最有利状态由此简单地得出结论,螺旋桨的拉力与旋转阻力之比最大时,桨叶的迎角就是有利迎角。

空军第六飞行学院桑雨生等认为以上观点都不够准确。由文献可知,在大迎角飞行的条件下,左转螺旋桨转到左边时(飞行员在座舱中观察),迎角比较大与此同时,另一桨叶转到右边时,迎角较小。左右桨叶的拉力差,对飞机重心形成右偏力矩,这是气流斜吹造成吮因此螺旋桨桨叶的有利状态,应该考虑螺旋桨效率,螺旋桨总空气动力在拉力方向与旋转阻力方向分量的比值和总空气动力在垂直于气流方向与顺气流方向分量的比值三者的关系。如果说,翼型的有利迎角具有一定的数值和明确的定义,那么将翼型的有利迎角的概念简单移用到螺旋桨的拉力与旋转阻力的关系方面来就不合适了。对于安装活塞发动机或涡轮螺旋桨发动机的飞机来说,带动飞机前进的拉力是由螺旋桨产生的。因此,应该知道螺旋桨桨叶的有利状态,拉力的大小,对飞机性能的影响等问题。

通过对螺旋桨桨叶有利迎角的分析可得出以下结果:

(1)翼型的有利迎角概念不能套用于螺旋桨的桨叶,翼型处于有利迎角时,性质角最小,只能说明总空气动力最靠近相对气流的法线方向,不能说明最靠近拉力轴的方向。因为相对气流来向变化,Cx坐标轴始终要顺气流方向,因而极线图也转动方向(离开或靠近拉力轴方向);

(2)在临界迎角范围内,相对气流合速度方向靠近旋转面,即桨叶迎角增加时,在桨叶迎角有利迎角时,桨叶极线图靠拢拉力轴的量大于因性质角增加而使桨叶总空气动力离开拉力轴的量因此,桨叶迎角接近桨叶临界迎角时最有利。

(3)由桨叶总空气动力方向变化的模型实验可知,在临界迎角范围内,桨叶迎角增加,桨叶总空气动力增加,并且向拉力轴靠近可见在桨叶角不改变的条件下,相对气流合速度方向靠近旋转面时,螺旋桨的拉力是增加的。2