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1、第一章空氣動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)空氣動(dòng)力學(xué)是一門專門研究物體與空氣作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)作用在物體上的力的一門科學(xué)。隨著航空科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)的飛行速度、高度不斷提高，空氣動(dòng)力學(xué)研究的問題越來越廣泛了。航模愛好者在制作和放飛模型飛機(jī)的同時(shí)，必須學(xué)習(xí)一些空氣動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)，弄清楚作用在模型飛機(jī)上的空氣動(dòng)力的來龍去脈。這將有助于設(shè)計(jì)、制作、放飛和調(diào)整模型飛機(jī)，并提高模型飛機(jī)的性能。第一節(jié)什么是空氣動(dòng)力當(dāng)任何物體在空氣中運(yùn)動(dòng)，或者物體不動(dòng)，空氣在物體外面流過時(shí)(例如風(fēng)吹過建筑物)，空氣對(duì)物體都會(huì)有作用力。由于空氣對(duì)物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在物體上產(chǎn)生的這種作用力，就稱為空氣動(dòng)力。空氣動(dòng)力作用在物體上時(shí)，不是只
2、作用在物體上的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)部分，而是作用在物體的整個(gè)表面上?？諝鈩?dòng)力表現(xiàn)出來的形式有兩種，一種是作用在物體表面上的空氣壓力，壓力是垂直于物體表面上的。另一種雖然也作用在物體表面上，可是卻與物體表面相切，稱為空氣與物體的摩擦力。物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的空氣作用力就是這兩種力的總和。作用在物體上的空氣壓力也可以分兩種，一種是比物體前面的空氣壓力大的壓力，其作用方向是從外面指向物體表面(圖1-1)，這種壓力稱為正壓力。另一種作用在物體表面的壓力，比物體迎面而來的空氣壓力小，壓力方向是從物體表面指向外面的，這種壓力稱為負(fù)壓力，或吸力（圖1-1）。空氣對(duì)物體的摩擦力與物體對(duì)空氣之間相對(duì)運(yùn)
3、動(dòng)的方向相反。這些力量作用在物體上總是使物體向氣流流動(dòng)的方向走。如果是空氣不動(dòng)，物體在空氣中運(yùn)動(dòng)，那么空氣摩擦力便是與物體運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻止物體向前運(yùn)動(dòng)。很明顯，空氣動(dòng)力中由于粘性產(chǎn)生的空氣摩擦力對(duì)模型飛機(jī)飛行是有害的?？墒强諝庾饔迷谀Ｐ蜕系膲毫τ衷鯓幽?總的看來，空氣壓力對(duì)模型的飛行應(yīng)該說是有利的。事實(shí)上模型飛機(jī)或真飛機(jī)之所以能夠克服本身的重量飛起來，就是因圖1-1作用在機(jī)翼上的壓強(qiáng)分布為機(jī)翼上表面產(chǎn)生很強(qiáng)的負(fù)壓力，下表面產(chǎn)生正壓力，由于機(jī)翼上、下表面壓力差，就使模型或真飛機(jī)飛起來。可是作用在物體上的壓力也并不是完全有利的。一般物體前面的壓力大，后面的壓力小，由于物體前后壓力
4、差便會(huì)阻礙物體前進(jìn)，產(chǎn)生很多困難。只有物體的形狀適當(dāng)才可以獲得最大的上、下壓力差和最小的前后壓力差，也就是通常所說的最大的升力和最小的阻力。所以空氣壓力對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)有利也有害。研究物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常把物體表面受到的壓力的大小和方向先用圖表示出來，然后加以計(jì)算。科學(xué)工作者利用一種稱為“風(fēng)洞”的工具來測(cè)量物體所受到的空氣動(dòng)力或空氣壓力。所謂風(fēng)洞，就是利用風(fēng)扇或其它方法產(chǎn)生穩(wěn)定的氣流。要試驗(yàn)的物體放在風(fēng)洞內(nèi)。如果在物體表面鉆上很多小孔，用小橡皮管把這些小孔接到很多壓力計(jì)上，使可以量出物體表面的空氣壓力。必須注意，物體表面上單位面積所受到的壓力稱為壓強(qiáng)。用壓力計(jì)直接測(cè)量出來的數(shù)值
5、實(shí)際上是空氣的壓強(qiáng)而不是壓力。圖I-I表示的是機(jī)翼的壓強(qiáng)分布圖。箭頭的長(zhǎng)短表示某一點(diǎn)的壓強(qiáng)的大小，箭頭的方向表示壓強(qiáng)是正或負(fù)。要計(jì)算壓力時(shí)還需要將壓強(qiáng)乘上機(jī)翼的表面面積。利用直接測(cè)量物體表面各部分壓強(qiáng)的方法，來研究物體受到的空氣動(dòng)力，是十分麻煩和復(fù)雜的工作。而且空氣的摩擦力還要另想辦法側(cè)量，所以這種方法通常只在一些研究所里采用。事實(shí)上也不可能將各種物體在各種情況下都這樣測(cè)量一次。大部分的物體只要測(cè)量出它的前后總壓力差即可，也就是測(cè)出它的阻力來，這樣連空氣摩擦力也計(jì)算在內(nèi)了。對(duì)于機(jī)翼則還需要測(cè)量一個(gè)上下總壓力差——升力。所以物體受到的空氣動(dòng)力，雖然實(shí)際上分布在物體全部表面上，但可以
6、很容易把這些力量當(dāng)作一個(gè)總的力量測(cè)量出來。這力量有時(shí)稱為合力，有時(shí)稱為迎力R(對(duì)機(jī)翼來說)。由于這總的力量是各部分壓力的圖1-2機(jī)翼上產(chǎn)生的空氣動(dòng)力總和，所以它的作用點(diǎn)稱為壓力中心（圖1）。模型飛機(jī)的機(jī)翼主要用來產(chǎn)生升力，使模型飛行。升力是空氣動(dòng)力的一部分，所以對(duì)于機(jī)翼來說，空氣動(dòng)力的總合力——迎力，可以分為兩個(gè)分力，即升力與阻力。一般所謂的升力就是指迎力沿垂直于氣流方向的分力，阻力是迎力沿氣流方向的分力。在風(fēng)洞中作試驗(yàn)時(shí)也是把升力與阻力分別測(cè)量出來的。根據(jù)上面所說的空氣動(dòng)力可以看出，升力就是機(jī)翼上、下表面壓力差形成的，而阻力是前、后壓力差和摩擦力的總和。不過將空氣動(dòng)力分為升力及
7、阻力完全是為了考慮問題方便才這樣做的。不按升力及阻力的方向分，按其他方式來分也是可以的。例如作用在空氣螺旋漿槳葉上的空氣動(dòng)力，往往分為拉力(沿飛行方向)和旋轉(zhuǎn)阻力(沿旋轉(zhuǎn)平面與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反)，而不分為升力及阻力。研究作用在機(jī)翼上的空氣動(dòng)力時(shí)，按照升力及阻力的分法較好。對(duì)于其他物體的空氣動(dòng)力則宜于將空氣動(dòng)力作為一個(gè)總的合力，即迎力來考慮。第一節(jié)空氣動(dòng)力學(xué)的幾個(gè)基本原理在討論作用于飛機(jī)上的升力和阻力之前，先介紹幾個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)中的基本原理和定理。一、可逆性原理大家知道，只有空氣對(duì)
