4.3.3 影响升力的因素

4.3.3 影响升力的因素

1.机翼面积对升力的影响

在其他因素不变的条件下,机翼面积的变化虽然不会引起流线谱和压力分布的改变,但它使产生机翼上、下表面压力差的面积发生变化,从而影响升力。机翼面积大,产生上下压力差的地方多,即上、下压力差的总和大,所以,升力也大。升力是与机翼面积成正比变化的。

2.翼型对升力的影响

翼型不同,机翼流线谱和压力分布也不同,因而升力大小也不同。例如,平凸形和双凸形相比(图4-14),平凸形机翼上下表面的弯曲程度相差较大,使上、下表面流管粗细的差别变大,所以,在其他因素相同的条件下,平凸形机翼的升力比双凸形机翼的更大。

图4-14 翼型对升力的影响

(a)平凸形;(b)双凸形

在机翼迎角保持不变的条件下,放下襟翼,相当于改变了这一部分机翼的翼型,使其相对弯度增大(图4-15)。这样,空气流过机翼上表面,流速加快,压力降低,而流过机翼下表面,流速减慢,压力提高。因而,机翼上、下压力差增大,从而提高了升力。襟翼放下的角度越大,升力增大得越多。另外,放下襟翼,不仅增大了翼型的相对弯度,还增大了机翼面积,故升力增大得更多。

图4-15 襟翼增加升力的原理

3.空气密度对升力的影响

空气密度和飞行速度不同,即相对气流的动压不同时,在低速的条件下,虽然流线谱基本上不改变,但它直接影响机翼各处压力的变化,从而影响升力。

空气密度大时,说明空气分子比较稠密,作用在机翼上表面的吸力和下表面的正压力都增大,机翼上、下压力差增大,则升力增大。升力与空气密度成正比。空气密度的大小与飞行高度和气温两个因素有关。飞行高度低或气温低,空气密度就大,升力也就大;反之,升力减小。

4.相对气流速度对升力的影响

相对气流速度取决于飞行速度。飞行速度增大,即相对气流速度增大,机翼上表面的气流速度比下表面的气流速度增大得更多。于是,上表面压力比下表面压力减小得更多,上、下压力差增大,升力随之增大。试验证明,升力与飞行速度的平方成正比。

空气密度和飞行速度对升力的影响,综合起来,就是气流动压对升力的影响。气流的动压越大,产生的升力也越大,即升力与相对气流中的动压成正比。

5.迎角对升力的影响

迎角不同,机翼流线谱也不同,从而影响升力的大小也发生变化。图4-16表明在不同正迎角下,机翼的流线谱和压力分布的变化情况。从图4-16中可以看出,在一定迎角范围内,增大迎角,升力增大。这是因为随着迎角的增大,机翼上表面前部,流线更为弯曲,流管更为收缩,于是流速加快,压力降低,吸力增大。与此同时,气流受下表面的阻挡作用更强,流速减慢,压力提高。于是,机翼上、下表面压力差增大,所以升力增大。当迎角增大到某一迎角时,机翼上表面前部流管变得最细,流速最快,吸力最大;下表面流管变得更粗,流速更慢,正压力更大。机翼上、下表面压力差增加到最大,所以升力最大。超过这一迎角,迎角再继续增加,升力反而减小。其原因主要是机翼上表面的涡流区扩大,以致在上表面前部流管扩张,吸力降低所致。

图4-16 不同迎角下的机翼升力

由上述可知,迎角增大,上表面前段的流管变细,使升力增大,但同时,在机翼上表面的后部,涡流区扩大,破坏了空气的平顺流动,从而使升力减小。这是矛盾的两个方面,并且它们在不同迎角范围内,对升力的影响是不同的。

在小迎角下,涡流区只占机翼后部很小的一段范围,对机翼压力分布影响不大。虽然迎角增大时,气流分离点逐渐前移,而使涡流区逐渐扩大,但是这对机翼表面空气的平顺流动还影响不大,增大迎角,上表面流管变细的作用是主要的,升力依旧随迎角的增大而继续升高。

超过某一迎角后,迎角再增大,由于气流分离点迅速前移,涡流区迅速扩大,破坏了空气的平顺流动,使机翼上表面的前段流管反而变粗,流速减慢,吸力降低。因为升力主要是由上表面前段的吸力产生的,现在这个地方的吸力降低了,所以升力减小。

在飞行速度等其他条件相同的情况下,得到最大升力的迎角,称为临界迎角。超过临界迎角后,升力不再随迎角的增大而增大,而是不断减小。

综上所述,升力(L)的大小取决于动压(ρv 2/2)、机翼面积(S)、迎角(α)和翼型。在这些影响因素中,机翼面积、空气密度和飞行速度对升力的影响都可以用它们本身的数值大小来直接表达。但是迎角和翼型对升力的影响不是简单的正比或反比关系。通常把迎角和翼型对升力的影响,综合起来用一个系数来表示,这个系数称为升力系数(C L)。