请问涡桨飞机外型气动变化原因

先上照片

DC4

Y9

请看DC4,60年代之前的飞机,机翼尖和机尾,都比较圆润,也比较符合直觉中的低速气动。再看Y9,翼尖都是方的,垂尾本体和垂尾与机身的过渡,也都是硬角+直线过渡;其实平尾也从曲线变成了直线+硬角。

外观上,现代设计不如40年代美观,但气动上为什么要这样呢,一定有较为进步的理论依据,哪位能给解释一下?

另外,DC客机,从DC3直到DC9,甚至Lockheed C130,都有一个显著特征,就是驾驶舱前风挡玻璃,与机鼻形成一个明显的、类似轿车一样的折角,这明显是阻力啊,为什么存在了70年,新造C130还在保留?Y9就比较圆润。





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pin008摄影光学航空兵器杂项自由撰稿人

2016-08-19 17:33

纠正一个小问题,并非是涡桨飞机外型变化,其实早期螺旋桨、涡桨和喷气飞机都有圆润的例子。

题主提到的DC-4实际上不是涡桨飞机,而是活塞飞机,比起前辈DC-3,它的圆润度已经差些了。

机翼圆润造型最典型的例子是喷火,其机翼是椭圆形的:

而1960年代以前的涡桨飞机也有棱棱角角的,比如1952年的图-95

就连喷火,也有切尖机翼的Mk XXIV型

不晒图了,直接说为啥吧。首先,无论哪个部分做圆滑,都由于减小空气阻力,但与其他部分相比,机翼翼尖圆润有着特殊的意义。

机翼靠伯努利效应行程的上下表面压力差产生升力,下翼面气流压力大,会绕翼尖后向上翻滚,形成翼尖涡流,带来诱导阻力。某些情况下,诱导阻力可以达到飞机总阻力的15-30%,翼尖涡流也会影响飞机的飞行品质。

通常来说,展弦比越小(机翼长度与宽度之比),诱导阻力越大,也就是说细长的机翼阻力更小。但是,早期材料结构设计无法支撑过长的机翼,机场和设施条件也限制机翼长度,机翼必然有一定宽度才能保持足够的面积。这时候,圆滑翼尖形状就成为减小翼尖涡流的有效办法了。

理论上,水平尾翼和垂直尾翼只要有两侧压力差,也有翼尖涡流和诱导阻力问题,只是与机翼相比问题小多了。

但是,无论机翼翼尖还是机身其他部分,做成圆润造型都增加了工艺复杂性,增加了结构重量,增加了制造成本和周期。喷火的机翼制造就比较麻烦昂贵。几方面是必须做权衡的。

随着空气动力学的进步,翼尖修形的问题也暴露出来,椭圆形或翼尖迅速收细的机翼由于升力分布问题,翼尖比翼根更容易失速。圆形翼尖部分由于压力分布,虽然诱导阻力小,升力也有明显损失。

设计、材料、结构、加工的进步,开始出现了更长的展弦比、后掠翼、三角翼,圆润翼尖的作用就显得多余了,反而是累赘。等到跨音速、超音速时代,超音速阻力下这些修形反而增加了波阻。

后来的很多亚音速飞机,不但有较长的展弦比和后掠角,还有翼梢小翼来减小诱导阻力,效率远高于圆形翼尖。即便如此,很多飞机还要考虑翼梢小翼的结构重量、成本和效率,舍弃翼梢小翼,圆形翼尖更没有什么市场了。

其他翼面和机身其他地方的圆润修形也是类似。很多圆润修形看上去非常有助减少阻力,随着设计经验累积、风洞试验能力增强乃至计算机辅助,设计师意识到不是所有地方圆润修形都有那么大的减阻作用。飞行速度增加后,这些修形反而要求更大的结构强度和重量,真真得不偿失,所以现在飞机上圆润修形设计越来越少。

最后说说风挡问题。1950-60年代以后,大中型飞机机身不断加长,越来越直线,除了机头和机位一小部分收小,中端一大段都是圆柱体、立方体。因为这个设计下,可以在最小的机身截面积获得最大的机内空间。最小的机身截面意味着最小的阻力、最轻的结构重量、和更好的结构强度。这样一来,机头部分拉尖的长度就小了,机鼻更钝圆了,风挡和机鼻的折角必然减小或消失。

从空气动力学角度看,由于机身加长,机鼻和机尾流线型的阻力因素减小了,反而到是浸润面积带来的阻力更突出了。所谓浸润面积是指飞机表面弯弯曲曲的“潮面积”,外形越复杂阻力越大。折角减小会减小这种阻力,所以新的大型飞机驾驶室风挡与机鼻的折角明显较小。

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借楼上的图歪个楼

大家觉得上图的飞机在向那个方向飞???

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