翼型的基本參數(shù)與典型低速翼型簡介

摯昊555 2024-05-05 發(fā)布于廣東

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引言

紙膠帶無人機，主要做結(jié)構(gòu)、氣動，總體設(shè)計。在接下來的系列科普中，會逐步講解無人機的基本構(gòu)造及其原理，最終目的是讓每一個人都可以設(shè)計出屬于自己的無人機。

該系列科普，針對的是低速飛機，即速度≤463km/h。

根據(jù)中國民用航空局的規(guī)定，低速飛機的定義為和≤463公里/小時（250節(jié)）校準空速（KCAS）且≤0.6的飛機。

其中：

為最大結(jié)構(gòu)巡航速度，是指飛機在擾動氣流中飛行的最大速度。由于飛機一般都是在非平靜的大氣中飛行。因此，結(jié)構(gòu)強度限制的最大巡航速度就是飛機在正常操縱范圍內(nèi)的最大飛行速度。

為空速，即航空器相對于空氣的速度。

校準空速(Calibrated Air Speed)，是指在修正儀表誤差及位置誤差后，在空速表上顯示的空速。若校準空速的單位是節(jié)，一般會用KCAS來縮寫。

為馬赫數(shù)，馬赫數(shù)是飛行的速度和當時飛行的音速之比值。

所以這句話可以這樣理解：低速飛機是指最大結(jié)構(gòu)巡航速度與空速都小于等于校準空速（463km/h），并且馬赫數(shù)≤0.6的飛機。

翼型的基本參數(shù)

機翼無疑是飛機最重要的部件，不同形狀的機翼為飛機賦予了不同的飛行能力和特點。翼型的選擇和設(shè)計會直接影響機翼的性能和特點。不同的翼型具有不同的升力和阻力特征，可以適用于不同的飛行任務(wù)和操作需求。

在了解翼型之前我們需要知道幾個概念：

1.中弧線

翼型內(nèi)切圓圓心的連線稱為翼型的中弧線。

2.前緣、后緣

翼型中弧線的最前點和最后點分別稱為翼型的前緣和后緣。前緣點可以這樣定：以后緣點為圓心，畫一圓弧，該圓弧和翼型的相切點即是前緣點。

3.弦線

弦線是測量迎角的基準線。

a.連接前緣、后緣的直線稱為翼型的幾何弦。

b.某些翼型的下表面大部分為直線，我們將該直線定為幾何弦。

4.弦長

用字母表示。

a.前緣至后緣的距離定為弦長。

b.針對某些翼型，前后緣在弦線上的投影之間的距離定為弦長。

5.彎度

a.最大彎度：中弧線坐標的最大值稱為最大彎度，簡稱彎度，以表示。最大彎度與弦長之比稱為相對彎度，并以表示，即。

b.最大彎度位置：最大彎度的值所對應的坐標，稱為最大彎度位置，以表示。最大彎度位置與弦長之比稱為最大彎度的相對位置，以表示，即。

6.厚度

a.最大厚度：垂直于弦線，上下表面的最大距離稱為最大厚度，簡稱厚度，以表示。最大厚度與弦長之比稱為最大相對厚度，以表示，即。

b.最大厚度位置：最大厚度的坐標稱為最大厚度位置，以表示。最大厚度位置與弦長之比稱為最大厚度的相對位置，以表示，即。

7.前緣半徑

翼型的前緣是圓的，在繪制翼型前需要知道前緣半徑。這個與前緣相切的圓，圓心在中弧線前緣點的切線上。翼型前緣曲率圓的半徑稱為前緣半徑，以表示。前緣半徑與弦長之比稱為前緣相對半徑，以表示，即。

8.后緣角

上下表面在后緣點切線的夾角稱為后緣角，以τ表示。

翼型上的一切尺寸都是對弦長而言的相對值。表示相對值的一橫往往省去，所以即使沒有一橫，其實還是相對值。

典型低速翼型簡介

對于低速飛機，在選擇翼型時，要求是：升阻比大，最大升力系數(shù)高，最小阻力系數(shù)低，低阻范圍寬，失速過程緩和。它的外形特點是頭部豐滿，最大厚度靠前。典型的低速翼型有Clark Y，NACA 4位數(shù)字和5位數(shù)字翼型。

克拉克Y翼：

克拉克Y翼（英文:Clark Y）為機翼橫切面當中最典型的設(shè)計，其橫切面為上彎下平，其最凸出處為弦長30%處。

克拉克Y翼廣泛用于各種次音速飛機的機翼設(shè)計，螺旋槳的橫切面也大多是此種設(shè)計，以至中學物理教科書也以克拉克Y翼去解釋伯努利定律和如何產(chǎn)生升力。

NACA（National Advisory Committee for Aeronautics美國國家航空咨詢委員會）四位翼型家族是指一系列由NACA研發(fā)的氣動翼型。每個翼型都由四位數(shù)字組成，代表了其設(shè)計特征。與早期的其他翼型相比，NACA四位數(shù)字翼型有較高的最大升力系數(shù)和較低的阻力系數(shù)。

NACA四位數(shù)字翼型，以NACA2415為例：

a. NACA2415第1個數(shù)字2表示相對彎度的百倍數(shù)值，即相對彎度是2％。

b. NACA2415第2個數(shù)字4表示最大彎度相對位置的10倍數(shù)值。即，在40%弦長處彎度達最大值（對稱翼型用0表示）。

c. NACA2415第3和第4個數(shù)字15表示翼型的相對厚度的百倍數(shù)值，最大厚度位于15％弦長處。

所以NACA2415可以表述為：最大彎度為弦長的2%，位于距前緣0.4弦長處，而其最大厚度為弦長的15%。四位數(shù)翼型默認最大厚度位于距前緣0.3弦長處。

又如，NACA 0015翼型是對稱翼型：00表示其沒有彎度，15則表示該翼型的最大厚度為弦長的15%。

NACA五位數(shù)字翼型，以NACA65019為例：

NACA繼四位數(shù)字翼型后又提出的一個低速翼型系列。該翼型系列的厚度分布與四位數(shù)字系列相同，但中弧線參數(shù)有更大的選擇，可使最大彎度位置靠前而提高最大升力系數(shù)，降低最小阻力系數(shù)，但失速性能欠佳。

a. NACA65019第1個數(shù)字乘以0.15表示理想攻角下的設(shè)計最佳升力系數(shù)。

這里涉及到兩個概念，一個是攻角，一個是升力系數(shù)，將會在接下來的翼型的空氣動力章節(jié)中作出詳細解釋，這里請略過，本期的重點是典型翼型的舉例。

b. NACA65019第2個數(shù)字乘以5表示最大彎度距前緣的距離占弦長的百分比。

c. NACA65019第3個數(shù)字表示后段中弧線的類型，“0”表示直線，“1”表示反彎度曲線。