4.2.2 机翼压力分布

4.2.2 机翼压力分布

为了便于飞行后有针对性地检查飞机表面的受力情况,特别是机翼表面蒙皮有无损伤和变形,铆钉和螺钉有无松动、脱落等,需要弄清楚机翼表面各点的受力大小。

机翼表面各点的受力情况,即机翼的压力分布,可以从机翼的流线谱分析得出。首先分析大迎角下的机翼流线谱。当空气以大迎角流过机翼时,机翼上表面流管变得很细,而前部某处流管最细,下表面流管变得比前方的还要粗,靠近前缘下表面某处的流管最粗。根据气流的连续性原理和伯努利定理,上表面的流速加快,压力减小,前部流管最细处的流速最快,压力最小;而下表面的流速减慢,压力增大,前缘流管最粗处的流速减慢到等于零,压力增加到最大(数值上等于相对气流的全压)。

同样,我们可以从小迎角下的机翼流线谱分析得出小迎角机翼的压力分布。与大迎角相比,不同的是机翼下表面的压力也要减小,而压力增大的地方仅在前缘附近。

机翼的压力分布还可由风洞试验加以证实。图4-11所示为测定机翼表面各点压力的风洞试验装置。在机翼上下表面各钻一些小孔,用橡皮管分别连到排管压力计上,压力计内灌注了液体并使液面到达0—0线位置。当气流流过机翼时,可以看出各玻璃管内液柱高度发生了变化。在大迎角的情况下,与机翼上表面连接的各玻璃管内液柱都被吸至0—0线以上,表示上表面各点的压力普遍降低到小于大气压力,而与机翼下表面连接的各玻璃管内液柱都被压至0—0线以下,表示下表面各点压力普遍提高到大于大气压力。

图4-11 测定机翼表面各点压力的风洞试验装置

(a)大迎角;(b)小迎角

从试验还可以看到,当迎角由大迎角变为小迎角时,可以发现与机翼上下表面连接的玻璃管内液柱都被吸至0—0线以上,表示上下表面各点的压力都小于大气压力,只是在靠近前缘几个点的压力比大气压力要大。

为了形象地说明机翼表面各点的压力大小,可用矢量表示法画出机翼的压力分布图(图4-12)。将测出的翼面各点的压力与大气压力之差用矢量画在翼面的垂直线上,凡是比大气压力低的(叫作负压力或简称吸力),箭头方向朝外,凡是比大气压力高的(叫作正压力或简称压力),箭头方向指向机翼表面。再将各个矢量的外端用平滑的曲线连接起来,即用矢量表示的压力分布图。图4-12(a)所示为小迎角下的压力分布图,图4-12(b)所示为大迎角下的压力分布图。

图4-12 用矢量法表示的机翼压力分布

(a)小迎角;(b)大迎角

从压力分布图(图4-12)中可以看出,大迎角时,机翼上表面是吸力区,下表面是正压力区;小迎角时,上表面和下表面都是吸力区,前缘附近是正压力区。从压力分布图上还可以看出,上表面压力最低(吸力最大)的一点,称为最低压力点。在前缘处,流速为零,即压力最高(等于相对气流全压)的一点,称为驻点。

利用压力分布图可以分析机翼蒙皮的受力情况。因为在飞行中,机翼内部的空气压力基本上等于飞机所在高度的大气压力,因此,机翼蒙皮所受的力就是机翼内外压力差,实际上等于吸力或正压力。可见,压力分布图上画出吸力的地方,表示蒙皮外面的压力小于蒙皮内部的压力,蒙皮承受向外吸的力。压力分布图上画出正压力的地方,表示蒙皮外面的压力大于蒙皮内的压力,蒙皮承受向内压的力。吸力和正压力越大的地方,即蒙皮内外压力差越大的地方,蒙皮受力也就越厉害。

在飞行中,机翼蒙皮承受着很大的吸力和正压力(特别是吸力),在这种情况下,有可能呈现蒙皮变形、铆钉松动或脱落现象。因此,在飞机维修工作中,要经常注意检查这些受力大的部位。

用中小迎角飞行时,机翼上下表面承受吸力,特别是上表面中部靠前的地方吸力最大。用大迎角飞行时,机翼上表面吸力加大,而且最大吸力在机翼前部,而下表面承受较大的正压力,正压力最大的地方在前缘处。此外,如果飞行高度越低(空气密度越大),或飞行速度越大时,机翼蒙皮和铆钉受力越大。根据以上分析可以看出,飞行后应注意检查机翼上下表面中部靠前地方的蒙皮和铆钉,特别是机翼上表面前部蒙皮和铆钉,查看是否有铆钉松动、蒙皮皱起等现象。