民用客機知識之一:誘導阻力

2021-01-21 風流知音

誘導阻力

作者：上海飛機設計研究院高級工程師楊小權博士

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1894年，蘭徹斯特發展了升力渦流理論，但是由於其著作語言晦澀難懂和缺乏嚴格的數學推導，其理論沒有被人們接受。最後，普蘭特爾創立了一套純數學理論，表明誘導阻力係數和升力係數的平方成正比，和展弦比成反比。他還表明，對於給定的展弦比，如果沿翼展方向的升力分布曲線是橢圓形，則誘導阻力最小。這是一重大的突破，但是由於當時的誘導阻力只佔整個飛機阻力的5%，蘭徹斯特和普蘭特爾關於大展弦比機翼的論點被人們忽略了。後來，蘭徹斯特-普蘭特爾渦流理論逐漸被人們接受，最初是在德國，用於海因克爾公司的He70飛機上，之後，才在美國和英國得到廣泛應用。

註：蘭徹斯特，F．W．(Frederick William Lanchester 1868～1946) 英國工程師、流體力學家和運籌學家，英國汽車與航空工程先驅者。1868年10月23日生於倫敦，1946年3月8日卒於伯明罕。1891年畢業於哈特利大學學院(今南安普頓大學)和國立理科學院後，到伯明罕從事燃氣機技術工作。1896年製成英國第一輛汽車，後經改進並發展而成批生產。1909年起他擔任英國家航空顧問委員會成員。


圖1 誘導阻力

如圖1所示，由於上下翼面之間存在壓力差，空氣趨向於圍繞翼尖流動。由於這種現象在整個翼展向範圍內發生，每個機翼上旋轉氣流的渦面離開後緣後，形成兩個大渦。這樣就在機翼之後誘導出下洗流，減少了機翼的有效迎角，並將升力矢量向後偏轉。誘導阻力可以看作是升力矢量的向後分量。

利用大展弦比機翼的空氣動力學優勢，法國人莫裡斯-於雷爾（Maurice Hurel）在20世紀50年代初設計製造了於雷爾-杜波依斯（Hurel-Dubois）系列飛機。但是這一系列飛機沒有進入民用運輸機市場，只生產了10架，其中8加被法國國家地理研究所作為航測飛機使用。這種機翼後來經過改進，被肖特兄弟飛機製造公司用於「空中貨車」(Skyyan)飛機(圖2)。


於雷爾-杜波依斯飛機

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