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內容簡介: |
本书从不同角度对高升力空气动力学进行探讨。在初步介绍之后,首先,讨论了升力产生的物理极限,给出了产生升力的潜力。其次,通过分析飞机认证所需的高升力相关要求,讨论了飞机安全飞行所需的条件。第三,分析了提高飞机在起飞、进场和着陆期间性能的需求。然后,讨论了不同的增加升力机制,区分了主动和被动两类高升力装置。最后,从空气动力学的角度介绍了高升力装置的评估和设计方法,除了数值和试验方法之外,还专门介绍了高升力系统的气动设计。
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目錄:
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第1章引言1
1.1高升力系统发展简史3
1.1.1高升力装置的发展3
1.1.2大型运输机发展趋势5
1.2飞行安全约束6
参考文献10
第2章升力产生的极限11
2.1无粘不可压流动15
2.2可压缩性影响19
2.3粘性影响23
2.4失速类型31
参考文献37
第3章适航性39
3.1失速速度定义40
3.2速度定义41
3.2.1起飞和爬升42
3.2.2进场和着陆44
3.2.3高升力飞行的工作范围44
3.3飞行阶段45
3.3.1起飞45
3.3.2进场和着陆47
3.4飞行航迹坡度要求47
3.4.1起飞爬升要求47
3.4.2着陆爬升要求48
3.4.3陡峭进场49
3.5用于应力评估的载荷工况49
3.5.1机动载荷50
3.5.2阵风载荷51
3.5.3工作负载52
3.6噪声分类52
参考文献55
第4章起飞着陆阶段飞机性能56
4.1一般关系57
4.1.1高升力飞行阶段61
4.1.2地面效应62
4.2气动性能指标69
4.2.1起飞69
4.2.2爬升71
4.2.3进场74
4.2.4着陆75
4.2.5短距起降77
参考文献79
第5章被动高升力系统81
5.1无槽装置83
5.1.1简单襟翼83
5.1.2分裂式襟翼85
5.1.3格尼襟翼87
5.1.4下垂襟翼90
5.1.5前缘分裂襟翼(克鲁格襟翼)94
5.2前缘缝翼95
5.2.1多段机翼气动理论97
5.2.2缝翼102
5.2.3槽式克鲁格襟翼106
5.2.4槽式襟翼107
5.2.5富勒襟翼110
5.2.6双缝襟翼和三缝襟翼113
5.3涡流发生装置115
5.3.1涡流发生器116
5.3.2涡流发生器阵列117
5.3.3板条翼119
5.3.4机舱扰流片119
参考文献123
第6章主动高升力系统126
6.1边界层控制(BLC)128
6.1.1边界层抽吸128
6.1.2切向吹气131
6.1.3非定常吹气132
6.1.4射流涡流发生器136
6.1.5流体振荡器140
6.1.6合成射流140
6.2环量控制142
6.2.1Coand效应143
6.2.2机翼环量控制143
6.2.3Coand襟翼145
6.2.4流体动力襟翼146
6.3动力升力147
6.3.1推进滑流偏转147
6.3.2外部吹气襟翼149
6.3.3上表面吹气(USB)152
6.4主动增升技术在民用运输机上应用评述156
参考文献158
第7章高升力流动模拟163
7.1试验模拟164
7.1.1风洞166
7.1.2风洞模型类型及安装168
7.1.3风洞校正170
7.1.4无法修正的测量误差源180
7.2数值模拟185
7.2.1计算流体动力学(CFD)185
7.2.2面元法188
7.2.3升力线方法191
参考文献193
第8章高升力系统气动设计196
8.1高升力系统设计流程197
8.2高升力系统几何描述200
8.2.1高升力系统布局200
8.2.2平面参数201
8.2.3形状参数202
8.2.4位置参数202
8.3设计约束204
8.3.1结构约束204
8.3.2运动学约束205
8.4翼型与机翼设计的关系210
8.4.1机翼设计210
8.4.2后掠机翼变换211
8.4.3局部后掠变换213
8.4.4高升力装置偏转变换216
8.5高升力装置优化217
8.5.1数值优化方法218
8.5.2设计问题的定义225
参考文献229
缩写231
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內容試閱:
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高升力空气动力学主要研究增升装置的空气动力学特性,此类装置也称为高升力装置。高升力空气动力学是空气动力学在飞行速度相对较低情况下的一个子集。本书重点放在民用运输机上,但是相关物理学原理适用于其他飞机。
然而,“高升力空气动力学”这一名称并未完全描述出相关技术的内涵。高升力装置主要用于降低飞机起飞和进场时的速度。在匀速飞行过程中,升力与飞机重量相等,因此,需要增加的不是升力,而是升力系数,从而确定最小速度与可达到的最大升力系数。因此,正确的名称应该是“高最大升力系数空气动力学”,实际上,该名称从未使用。
虽然其目的是降低飞行速度,但“低速空气动力学”这一术语却具有一定的误导性(虽然有时也用),“低速”通常指的是速度低至每秒几米的非常慢的流动,此时摩擦力影响非常大。而高升力空气动力学所覆盖的速度范围仅仅是相对于飞机巡航速度较低,着陆阶段的典型速度从小型飞机的30节到大型运输机的200节不等。
高升力系数通常意味着大攻角(飞机体轴线和速度之间的夹角)飞行。“大攻角空气动力学”这一术语通常与细长三角翼上的特定流动以及相关的涡流主导的流动密切相关。虽然也可利用旋涡来提高升力,但本书并不研究此类流动。
本书从不同角度对高升力空气动力学进行探讨。在初步介绍之后,首先,讨论了升力产生的物理极限,给出了产生升力的潜力。其次,通过分析飞机认证所需的高升力相关要求,讨论了飞机安全飞行所需的条件。第三,分析了提高飞机在起飞、进场和着陆期间性能的需求。
然后,讨论了不同的增加升力机制,区分了主动和被动两类高升力装置,被动高升力定义为仅通过改变形状来重定向气流流动以改变升力。相反,主动高升力则通过改变流动的能量以改变升力。
最后,从空气动力学的角度介绍了高升力装置的评估和设计方法,除了数值和试验方法之外,还专门介绍了高升力系统的气动设计。当然,本书无法全面涵盖所有主题,主要集中在高升力空气动力学与装置的具体特征上,并提供了初步的见解。关于设计和仿真的更多细节可参考专业文献。
正如读者即将看到的,高升力空气动力学涉及不同领域和学科。由于每个领域都有自己的标准和命名约定,许多符号具有双重含义,例如,流体力学中用T表示温度,而飞行力学中用T表示推力。为了增加本书的可读性,省略了通用术语表,每章都单独给出了术语表。
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