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下洗角

鎖定
當機翼產生升力時,機翼下表面的壓力比上表面的大,而機翼翼展長度又是有限的,所以下翼面的高壓氣流會繞過兩端翼尖,向上翼面的低壓區流去。當氣流繞過翼尖時,在翼尖部分形成旋渦,這種旋渦的不斷產生而又不斷地向後流去即形成了所謂翼尖渦流。
翼尖渦流使流過機翼的空氣產生下洗速度,而向下傾斜形成下洗流。氣流方向向下傾斜的角度,叫下洗角。
下洗角出現的同時出現了氣流向下的速度,下洗速在兩個翼尖處最大,向中心逐漸減小,在中心處減到最小。這是因為旋渦可以誘導四周的空氣隨之旋轉,而這又是由於空氣粘性所起的作用。空氣在旋轉時,越靠內圈,旋轉得越快,越靠外圈,旋轉得越慢。因此,離翼尖越遠,氣流垂直向下的下洗速就越小。
中文名
下洗角
外文名
angle of downwash
定    義
氣流方向向下傾斜的角度
作    用
形成誘導阻力
影    響
伴隨出現下洗速度
下洗角增大
誘導阻力增大

下洗角飛機阻力

空氣動力沿氣流方向的分力阻礙飛機在空氣中前進的力稱為阻力,機翼的阻力包括壓差阻力、摩擦阻力和誘導阻力。
壓差阻力:相對氣流流過機翼時,機翼前緣的氣流受阻,流速減慢,壓力增大;而機翼後緣氣流分離,形成渦流區,壓力減小。這樣,機翼前後產生壓力差形成阻力。這個阻力稱為 壓差阻力。 這點可以作如下理解:高速行駛的汽車後面時常揚起塵土,就是由於車後渦流區的空氣壓力小,吸起灰塵的緣故。
摩擦阻力:在飛行中,空氣貼着飛機表面流過,由於空氣具有粘性,與飛機表面發生摩擦,產 生了阻止飛機前進的摩擦阻力。
干擾阻力:飛機飛行中各部分氣流互相干擾所引起的阻力稱之為干擾阻力。
誘導阻力:伴隨升力的產生而產生的阻力稱為誘導阻力。誘導阻力主要來自機翼。當機翼產生升力時,下表面的壓力比上表面的壓力大,下表面的空氣會繞過翼尖向上表面流去,使翼尖氣流發生扭轉而形成翼尖渦流。翼尖氣流扭轉,產生下洗速度,氣流方向向下傾斜,形成洗流升力亦隨之向後傾斜。日常生活中,我們有時可以看到,飛行中的飛機翼尖處拖着兩條白霧狀的渦流索。這是因為旋轉着的翼尖渦流內壓力很低,空氣中的水蒸汽因膨脹冷卻,凝結成水珠,顯示出了翼尖渦流的軌跡。

下洗角誘導阻力

機翼同一般物體相似,也有摩擦阻力和壓差阻力。對於機翼而言,這二者合稱“翼型阻力”。機翼上除翼型阻力外,還有“誘導阻力”(又叫“感應阻力”)。這是機翼所獨有的一種阻力。因為這種阻力是伴隨着機翼上舉力的產生而產生的。也許可以説它是為了產生舉力而付出的一種代價。
如果有一架飛機以某一正迎角a作水平飛行,它的機翼上面的壓強將降低,而下面的壓強將增高,加上空氣摩擦力,於是產生了舉力Y。這是氣流作用到機翼上的力,根據作用和反作用定律,必然有一個反作用力即負舉刀力(-Y),由機翼作用到氣流上,它的方向向下,所以使氣流向下轉折一個角度a,這一角度叫“下洗角”。隨着下洗角的出現,同時出現了氣流向下的速度。這一速度叫做“下洗速(w)”。下洗的存在還可由風洞實驗觀察出來。
由實驗可知:當飛機飛行時,下翼面壓強大、上翼面壓強小。由於翼展的長度是有限的,所以上下翼面的壓強差使得氣流從下翼面繞過兩端翼尖,向上翼面流動。當氣流繞流過翼尖時,在翼尖那兒不斷形成旋渦。旋渦就是旋轉的空氣團。隨着飛機向前方飛行,旋渦就從翼尖向後方流動,併產生了向下的下洗速(w)。下洗速在兩個翼尖處最大,向中心逐漸減小,在中心處減到最小。這是因為旋渦可以誘導四周的空氣隨之旋轉,而這又是由於空氣粘性所起的作用。空氣在旋轉時,越靠內圈,旋轉得越快,越靠外圈,旋轉得越慢。因此,離翼尖越遠,氣流垂直向下的下洗速就越小。 [1] 

下洗角關係

圖示的就是某一個翼剖面上的下洗速度。它與原來相對速度v組成了合速度u 。u與v的夾角就是下洗角a1。下洗角使得原來的衝角a減小了。根據舉力Y原來的函義,它應與相對速度v垂直,可是氣流流過機翼以後,由於下洗速w的作用,使v的方向改變,向下轉折一個下洗角a1,而成為u。因此,舉力Y也應當偏轉一角度a1,而與u垂直成為y1。此處下洗角很小,因而y與y1一般可看成相等。回這時飛機仍沿原來v的方向前進。y1既不同原來的速度v垂直,必然在其上有一投影為Q;。它的方向與飛機飛行方向相反,所起的作用是阻攔飛機的前進。實際上是一種阻力。這種阻力是由舉力的誘導而產生的,因此叫做“誘導阻力”。它是由於氣流下洗使原來的舉力偏轉而引起的附加阻力,並不包含在翼型阻力之內。 [2] 
參考資料
  • 1.    汪洋, 吳偉偉, 李志國. 地面效應下前/後掠翼氣動特性研究[J]. 航空工程進展, 2015, 6(4):412-418.
  • 2.    屈秋林, 劉沛清. 地效飛行器地面巡航氣動性能數值模擬及分析[J]. 航空學報, 2006, 27(1):16-22.