机翼升力成因分析

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1、机翼升力分析摘要：为探究机翼在空气中产生升力的基木原因，首先利用空气动力学理论知识对升力进行分析。然后，建立机興在空气屮的模型，采用计算流体动力学专业软件模拟机凴在空气屮的6行惜况。通过比较不同模型的升阻力怙况，否定了屮学教学屮的“同时到达”理论。机翼产生升力的原因是基于多种流体原理，包括连续性原理、伯努利原理、附壁效应等。关键词：机翼计算流体动力学空气动力学伯努利原理AnalysisonairfoilliftAbstract:Inordertoexplorethebasiccaseofliftforcewhichgeneratedbyaircraftwingmoveintheair，a

2、irdynamicstheoryknowledgewasusedtomakesomeanalysis.Then,wingmodelismade.Aprofessionalcomputationalfluid-dynamics-softwareisusedtosimulatetheflightsituation.Bythecompassionsbetweendifferentmodels，thetheoryof“arriveatthesametime”isprovenwrong.Thecaseofliftforcewasbasedonvariousfluidtheories，suchasc

3、ontinuitytheory,Bernoulli’sprinciple,COANDAeffectandsoon.Keywords:wingCFDair-flowmechanicsBernoulli’sprinciple0前言人类一直对飞行充满好奇和兴趣，飞行背后的基本原理就是经典的牛顿三定律，飞行器主要在重力、升力、阻力、推进力、浮力等的共同作用下实现飞行而其中的升力是飞机飞行的最重要的作用力。在中学的物理教学屮，讲授流体压强与流速的关系时常用翼型来演示伯努利定律的应用。但是教材常把机翼上下表面气流速度的差异，归结为机翼上表面的弧线长度比下表面的长，而上下气流要同时在机翼尾端汇合，因此

4、上表而的气流速度要快，这就是所谓的“同时达到理论”

5、2］。这种说法存在很大的错误，它无法解释飞机为何能倒飞，纸飞机与风筝的飞行更是与翼型没有任何关系l3j。风洞的实验结果与计算机的模拟结果都发现：机翼上表而的气流速度要远大于下表而，并不是同时到达。飞机的升力是由机翼的多种因素造成的，其中飞机机翼横截面的形状是产生升力的原因之一。计算流体力学大范围应用于工业设计，机翼的升力依裾的空气动力学原理可以很好的利用计算流体力学实现模拟

6、41。计算流体力学成为流体力学、空气动力学领域中发展最快的方向之一。采用计算机可以很直观的获取所耑数据，从机理上了解机翼上升的原理，从而为机翼的设计提供一些参考。本

7、文首先利用基本的流体动力学理论分析了机翼产生升力的原因，论证了普遍认为的“同吋到达”理论的错误性。然后采用专业软件，利用计算流体动力学对机翼在空气中的运动进行了模拟，再次细致的分析了机翼子在空气中的受力情况，具有一定的科普意义。1力学理论分析1.1连续性原理理想不可压缩流体作稳定流动时，流体通过同一流管中任何截面的体积流量皆相等。这就是理想流体的连续性原理。它表示流体在流动时，应遵守质量守恒定律。vS=恒量(1)方程中，v为流体的流速，S为流管的截面面积。由此公式可得：对于同一流管，截面积越小，流速越大；截面积越大，流速越小

8、5L1.2伯努利原理在不可压缩和无粘流体中，沿同一流线满足伯

9、努利方程。P+pgh+^-=Z机翼的特征面积，为空气密度，v为相对(2)流动速度。升力系数G，与机翼横截面的形其中公式中的p为静态压强，p为流体密度，g为重力加速度，A为高度，v流体流动速度，为流体动态压强，Z为2一常量。在大多数情况下A?/d直不变，则可从公式中可以看出在水流或气流里，如果速度小，压力就大，如果速度大，压力就小。1.3附壁效应流体(水流或气流)有离开本来的流动方向，改为随著凸出的物体表而流动的倾向。当流体与它流过的物体表Ifif之间存在表面摩檫时，流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学屮的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。匙羹S

10、poon图1附壁效应演示图如图所示，附壁效应叠加上文丘里效应使得水流一直在汤匙上的凸出表面流动。1.4机翼升力理论分析飞机在空中飞行时，在竖直方向上受到竖直向上的升力来克服飞机的重力，当二者平衡时，飞机才能稳定地飞行。流体力学定量计算升力的公式为，Y=^-CYSpv2(3)式中y为升力，为升力系数，S为状，气流与机翼所成的角度等有关。可见在对飞机升力的贡献中机翼形状只占一部分，机翼形状所产生的伯努利效应只能解释很小的一部分升力。衝角