飛機的翼型與升力

翼型與升力

機翼是飛機承受升力的主要部件，翼型是機翼和尾翼成形的重要組成部分，翼型直接影響到飛機的氣動性能和飛行品質。

在本期航空知識中小編將向大家介紹翼型的知識。

翼型的概念和重要性

翼型是指飛機機翼、尾翼、導彈翼面、直升機旋翼葉片和螺旋槳葉片上平行於飛行器對稱面或垂直於前緣（或 1/4弦長點連線）的剖面形狀，也稱翼剖面或葉剖面。

在飛機的各種飛行狀態下，機翼是飛機承受升力的主要部件，而立尾和平尾是飛機保持安定性和操縱性的氣動部件。一般飛機都有對稱面，如果平行於對稱面在機翼展向任意位置切一刀，切下來的機翼剖面為翼剖面或翼型。翼型是機翼和尾翼成形重要組成部分，其直接影響到飛機的氣動性能和飛行品質。

翼型與升力

飛機的升力來源於機翼上下表面氣流的速度差導致的氣壓差。但機翼上下表面速度差的成因解釋較為複雜，通常科普用的等時間論和流體連續性理論均不能完整解釋速度差的成因。

升力的原理就是因為繞翼環量（附著渦）的存在導致機翼上下表面流速不同壓力不同，產生方向垂直於相對氣流的力。

機翼升力的產生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，一般機翼上表面形成的吸力佔總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只佔總升力的20-40%左右。所以不能認為：飛機被支托在空中，主要是空氣從機翼下面衝擊機翼的結果。

飛機升力的產生與翼型密不可分，但實際中升力的產生是非常複雜的，它與飛機整體的氣動外形、飛機姿態和飛機附近氣流相關。（上圖是飛機重心太靠後或機翼升力中心太靠前時，平尾向上翻轉的情況。下圖是飛機尾部所產生的氣流）

翼型的幾何參數和分類

翼型的最前端點稱為前緣點，最後端點稱為後緣點。前緣點也可定義為：以後緣點為圓心， 畫一圓弧，此弧和翼型的相切點即是前緣點。前後緣點的連線稱為翼型的幾何弦。但對某些下表面大部分為直線的翼型，也將此直線定義為幾何弦。翼型前、後緣點之間的距離，或者前、後緣在弦線上投影之間的距離稱為翼型的弦長。

通常飛機設計要求，機翼和尾翼的儘可能升力大、阻力小、並有小的 零升俯仰力矩。因此，對於不同的飛行速度，機翼的翼型形狀是不同的。

對於低亞聲速飛機，為了提高升力係數，翼型形狀為圓頭尖尾形。

對於高亞聲速飛機，為了提高阻力發散Ma數，採用超臨界翼型，其特點是前緣豐滿、上翼面平坦、後緣向下凹。

對於超聲速飛機，為了減小激波阻力，採用尖頭、尖尾形翼型。（下圖為NASA超音速飛行器的計算機模擬氣流圖）

翼型的發展和常見翼型

最早的機翼是模仿風箏的，在骨架上張蒙布，基本上是平板。之後在實踐中發現彎板比平板好，能用於較大的迎角範圍。1903年萊特兄弟研製出薄而帶正彎度的翼型。儒可夫斯基的機翼理論出來之後，明確低速翼型應是圓頭，應該有上下緣翼面。圓頭能適應於更大的迎角範圍。

一戰期間，交戰各國都在實踐中摸索出一些性能很好的翼型。如儒可夫斯基翼型、德國Gottingen翼型，英國的RAF翼型（Royal Air Force英國空軍；後改為RAE翼型---Royal Aircraft Estabilishment 皇家飛機研究院），美國的Clark-Y，以及三十年代以後，美國的NACA翼型（National Advisory Committee for Aeronautics，後來為NASA，National Aeronautics and Space Administration ），前蘇聯的ЦАΓИ翼型（中央空氣流體研究院）。（下圖為NACA2212翼型）

近現代以來，翼型不斷發展，種類越來越多。不同類型的飛機使用不同的翼型。而一些現代飛機已經使用了翼身融合的設計，並由此獲取更好的氣動性能和隱身能力。(下圖為B-2轟炸機)

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