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飞机为啥会遇到气流久颠簸

归档日期:08-05       文本归类:飞机颠簸      文章编辑:爱尚语录

  飞机遇到气流就颠簸的原因,是由于大气中存在乱流,这些不稳定气流的范围有大有小,方向和速度也各不相同。当飞机进入与机体尺度相近的乱流涡旋时,飞机的各部位就会受到不同方向和速度的气流影响,原有的空气动力和力矩的平衡被破坏,从而产生不规则的运动。飞机由一个涡旋进入另一个涡旋,就会引起振动。当飞机的自然振动周期与乱流脉动周期相当时,飞机颠簸就会变得十分强烈。

  乱流中存在的垂直阵性气流和水平阵性气流都可造成飞机颠簸,垂直气流的作用比水平气流要大。根据乱流的成因,可以分为:热力乱流,动力乱流,清空乱流和航迹乱流。

  1.热力乱流主要是因地表增热造成气温的水平分布不均匀而引起,常出现在对流层的低层,低纬度地区常见,多发生在夏季的中午和午后。

  2.动力乱流是指地表附近空气运动受到阻碍和风的空间分布有明显切变造成的乱流,多见于高纬度大陆,在山地上空飞行时,动力乱流造成的颠簸比较常见。

  3.晴空乱流又叫高空乱流,与高空中大气的热力和动力因素有关,当温度场和风场急剧变化时,就会出现强烈的乱流。晴空乱流多出现在对流层上部和平流层,是造成高空飞行颠簸的重要因素。

  飞机颠簸指飞机飞行中突然出现的忽上忽下、左右摇晃及机身振颤等现象。飞机颠簸主要是由于飞机飞入扰动气流区,扰动气流使作用在飞机上的空气动力和力矩失去平衡,飞行高度、飞行速度和飞机姿态等发生突然变化而引起的。飞机颠簸强度与扰动气流强度、飞行速度、翼载荷等有关,通常分为弱、中、强3级。

  中度以上颠簸会使飞机仪表指示失常,操纵困难,影响空中编队、射击、投弹、加油和航空摄影等;特别严重时会破坏飞机结构,造成事故。飞机一旦进入颠簸区,可采用改变航向和高度等办法尽快脱离。

  阻力是与飞机运动方向相反的空气动力,起着阻碍飞机前进的作用,按其产生的原因可分为摩擦,产生一个阻止飞机前进的力。这个力就是摩擦阻力。 摩擦阻力是在“附面层”(或叫边界层)内产生的。所谓附面层,就是指,空气流过飞机时,贴近飞机表面、气流速度由层外主流速度逐渐降低为零的那一层空气流动层。附面层是怎样形成的呢?原来是,当有粘性的空气流过飞机时,紧贴飞机表面的一层空气,与飞机表面发生粘性摩擦,这一层空气完全粘附在飞机表面上,气流速度降低为零。紧靠这静止空气层的外面第二气流层,因受这静止空气层粘性摩擦的作用,气流速度也要降低,但这种作用要弱些,因此气流速度不会降低为零。再往外,第三气流层又要受第二气流层粘性摩擦的作用,气流速度也要降低,但这种作用更弱些,因此气流速度降低就更少些。这样,沿垂直于飞机表面的方向,从飞机表面向外,由于粘性摩擦作用的减弱,气流速度就一层一层的逐渐增大,到附面层边界,就和主流速度相等了。这层气流速度由零逐渐增大到主流速度的空气层,就是附面层。附面层内,气流速度之所以越贴近飞机表面越慢,这必然是由于这些流动空气受到了飞机表面给它的向前的作用力的作用的结果。根据作用和反作用定律,这些被减慢的空气,也必然要给飞机表面一个向后的反作用力,这就是飞机表面的摩擦阻力。 附面层按其性质不同,可分为层流附面层和紊流附面层。就机翼而言,一般在最大厚度以前,附面层的气流各层不相混杂而分层的流动。这部份叫层流附面层。在这之后,气流流动转变为杂乱无章,并且出现了旋涡和横向运动。这部份叫率流附面层。层流转变为紊流的那一点叫转捩点。附面层内的摩擦阻力与附面层的性质有很大关系。实验表明,紊流附面层的摩擦阻力要比层流附面层的摩擦阻力大得多。因此,尽可能在机翼上保持层流附面层,对于减小阻力是有利的。所谓层流翼型,就是这样设计的。 总的说来,摩擦阻力的大小,决定于空气的粘性,飞机的表面状况,以及同空气相接触的飞机的表面积。空气粘性越大,飞机表面越粗糙,飞机表面积越大,摩擦阻力就越大。 人在逆风中行走,会感到阻力的作用,这就是一种压差阻力。 空气流过机翼时,在机翼前缘部分,受机翼阻挡,流速减慢,压力增大;在机翼后缘,由于气流分离形成涡流区,压力减小。这样,机翼前后便产生压力差,形成阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。机身、尾翼等飞机的其它部件都会产生压差阻力。 为什么在机翼后缘会出现气流分离呢?其根本原因是空气有粘性,空气流过机翼的过程中,在机翼表面产生了附面层。附面层中气流速度不仅要受到粘性摩擦的阻滞作用,而且还要受到附面层外主流中压力的影响。附面层中,沿垂直于机翼表面方向的压力变化很小,可认为是相等的,且等于层外主流的压力。在最低压力点之前,附面层外主流是从高压区流向低压区,沿途压力逐渐降低,即形成顺压,气流速度是不断增大的。附面层内的气流虽受粘性摩擦的阻滞作用,使之沿途不断减速,但在顺气压的推动下,其结果气流仍能加速向后流去,但在顺气压的推动下,其结果气流仍能加速向后流去,但速度增加不多。在最低压力点(E)之后情况就不一样了。主流是从低压区流向高压区,沿途压力越来越大,即形成反压,主流速度是不断减小的。附面层内的气流除了要克服粘性摩擦的阴滞作用外,还要克服反压的作用,因此气流速度迅速减小,到达某一位置,附面层底层空气就会完全停止下来,速度降低为零,空气再不能向后流动。在S点之后,附面层底层空气在反压作用下开始向前倒流。于是附面层中逆流而上的空气与顺流而下的空气相顶碰,就使附面层气流脱离机翼表面,而卷进主流。这时,就形成大量逆流和旋涡而形成气流分离现象。这些旋涡一方面在相对气流中吹离机翼,一方面又连续不断地在机翼表面产生,如此周而复始地变化着,这样就在分离点之后形成了涡流区。附面层发生分离之点(S点),叫做分离点。 这种旋涡运动的周期性,是引起飞机机翼、尾翼和其它部分生产振动的重要原因之一。 为什么机翼后缘涡流区中压力会有所减小呢?道德我们要明确,这里指的涡流区压力的大小,是和机翼前部的气流相比而言的。如果空气流过机翼上下表面不产生气流分离,则在机翼后部,上下表面气流重新汇合,流速和压力都会恢复到与机翼前部相等。这样,机翼前、后不会出现压力差而形成压差阻力。然而事实不是这样,当空气流到机翼后部会产生气流分离而形成涡流区。涡流区中,由于产生了旋涡,空气迅速转动,一部分动能因摩擦而损耗,即使流速可以恢复到与机翼前部的流速相等,而压力却恢复不到原来的大小,比机翼前部的压力要小。例如汽车开过,在车身后的灰尘之所以被吸起,就是由于车身后面涡流区内的空气压力小的缘故。 根据实验的结果,涡流区的压力与分离点处气流的压力,其大小相差不多。这就是说:分离点靠机翼后缘,涡流区的压力比较大;分离点离开机翼后缘越远,涡流区的压力就越小。可见,分离点在机翼表面的前后位置,可以表明压差阻力的大小。 总的说来,压差阻力与物体的迎风面积、形状和物体在气流中的相对位置有很大关系。迎风面积越大,压差阻力越大。象水滴那样的,前端园钝,后面尖细的流线形物体,压差阻力最小。物体相对于气流的角度越大,压差阻力越大。 由上面的分析可知,摩擦阻力和压差阻力都是由于空气的粘性面引起产生的阻力,如果空气没粘性,那么上面两种阻力都将不会存在。

  气流:流动的空气称为气流,如风。 稳定气流和不稳定气流:所谓稳定气流,就是空气流动时,空间各点上的参数不随时间而变化。如果空气流动时,空间各点上的参数随时间而改变,这样的气流就是不稳定气流。以下几个概念及定理都是只适用于稳定气流。所以 当飞机语遇到气流是有上升力于阻力等等,于是产生颠簸!

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