机翼的升力。 第二部分
Monin Ilya Alekseevich博士，imoninpgd @ gmail.com为了理解“航空”作为工业分支以及“空气动力学”作为一门科学的发展顺序，有必要回顾一下，首先出现了由热情的工程师建造的第一架直觉飞机（参见图11），然后才出现了理论家，然后由他们创建基于设计工程师创建结果的“空气动力学”学科。
在图片中，由驾驶人亨利·法曼（Henri Farman）制造的飞机是对Voisin所购买的小型飞机的改型。 同时，Voisin兄弟的最初飞机只在1907年才开始生产。 在购买Farman时，Voisin的飞机只能轻微反弹并飞行几十米。 在对原始飞机进行了一系列改装之后，法曼获得了飞过1000m的机会，同时仍在转身并绕圈着陆。 Farman的纪录飞行发生在1908年1月13日。 早在1909年，法曼兄弟公司就开始生产自己设计的飞机，并开设了飞行学校，向他们传授飞行技术（见图12）。 当时，法潘的飞行速度约为60 km / h，这在创纪录的180 km的飞行中得到了证明，在3小时的飞行中得以克服。
图11。 Voisin的飞机模型在1907-1908年被Farman改装成创纪录的飞行。
图12。 飞机“ Farman IV-1910”的布局。 在博物馆里，以及在机场的真实样本照片。显然，最早的早期飞机是低功率，轻便和低速的。
这些参数对应于第一凸凹薄轮廓，更类似于最简单的弯曲胶合板，而不是具有深层理论错误计算的复杂轮廓。
作为参考，我举例说明了机翼轮廓从20世纪初到40年代中期全面发展的航空业的转变。 （见图13）
图13 20世纪上半叶飞机机翼轮廓的变化趋势。在第一架轻型实验飞机问世之后，随之而来的是飞机尺寸和质量的迅速增加，用于运输日益增长的有效载荷。 薄的机翼无法承受需要在机翼内安装高强度横梁的任何规模和重量，机翼本身应制成平凸或什至双凸形，以便将支撑梁隐藏在流线型机翼下摆的后面。
早在20年代，所有机翼轮廓就呈现出完全现代化的外观。
到1940年代，航空业发展迅猛，以至于开始生产能够将整个城市吹向尘土的整架飞机。 但是随着生产能力的爆炸性发展，理论基础仍然极其薄弱。
到了30年代，航空发展的强度不再允许在“直觉”上建造新飞机，而是需要建造一个强大的实验基地，以便将飞机，大型模型和飞机的零件完全吹在巨大的风洞（ADT）中。
因此，在1939年的TsAGI中，发射了当时最大的风洞T-101（目前是世界上第二大风洞），这使地面能够以当前的飞行速度完全调查飞机。
流速5-52 m / s
每1 m的重新编号为3.6∙106
总气压
压力头高达1.7 kPa
环境制动温度
迎角范围（α）±20°
滑移角范围（β）±180°
工作部分的尺寸：
喷嘴部分（椭圆形）24x14 m
工作部分的长度为24 m
测试对象的尺寸：
翼展：长达18 m
机身长度：最长30 m
机翼面积：最大35平方米
从那时起，飞机变得越来越大，飞行速度也变得越来越快，以至于没有现代飞机能够作为T-101 ADT的整体装备，而在更现代，更快的ADT中，只有大型的缩小布局或结构性元件被单独吹走。
的确，自上世纪初以来，理论上几乎没有改变，因此，在20世纪末，飞机设计师开始重新发明20世纪初至20世纪中期的设计师已经经历的事情，但理论家没有解释。 例如，我将给出一架特技飞机机翼的轮廓图，该机翼被认为是1980年代最好的飞机（见图14）。
图14。 航空轮廓目录中的机翼轮廓之一。在大型飞行设备模型中也观察到了相同的重复思路;这在1960年代和80年代创造的怪兽飞机怪兽中得到了体现（图15），这与1930年代后期的巨型飞机没有区别（图16）。
同时，屏幕效果本身是在30年代初发现的，这是一架大型机翼大型机翼飞机降落时。
同样，在创纪录的远程ANT-25飞机着陆期间，屏幕效果也很明显地体现出来。当在1933年的一次试飞中，飞机根本无法着陆时，当轮子轻轻接触轮子时，飞机就会弹起并再次起飞。 为了消除这种影响并确保安静的着陆，甚至有必要安装特殊的可伸缩制动襟翼，这会严重降低机翼在着陆过程中的飞行质量。
ANT-25的最宽根部的机翼弦超过起落架的高度，从而为在低空飞行的机翼宽广的情况下形成遮蔽效果创造了理想条件。 同时，在飞机重量为4000公斤，机翼面积为88平方米的空舱着陆时，在飞行中产生的平均机翼负载小于50公斤/平方米，这对应于以104公里/小时（29 m / s）的速度产生的500 Pa的速度压力。在屏幕上飞行。 值得注意的是，当时的飞机飞行非常缓慢（按照现代标准），因此创纪录的ANT-25的巡航速度约为165 km / h（高空最大246 km / h），飞行范围为10-12 000 km，持续时间为75-连续80个小时。
A．
B．
B．
图15。 WIG“里海怪物”：a。）在飞行中。 B.）仍然在水面上，全脸。 c。）固定在正面投影中。A．
B．
图16。 巨型飞机ANT-20“马克西姆·高尔基”，1939年 a）示意图部分。 B）在机场和着陆时的照片。围绕复杂形状的物体进行气流流动时停滞的区域，作为形成虚拟机翼轮廓的工具。
通常情况下。 当有必要在其形状几乎不能被称为流线型的物体周围建立气流线时。
显然，空气不会顺从地流过身体的所有角落和凹槽，而是会以柔和的扭曲流动，在凹坑上划痕，并在死流的残流中充满漩涡。
如果我们将停滞区的存在作为轮廓本身的附加固体体积考虑在内，那么我们已知的围绕气动元件的气流的几何形状将呈现完全不同的形式。
有趣的是，这种寻找等效条件机翼原型的方法也用于现有的应用空气动力学中。 无论如何，在教科书[3]的三页中描述了围绕实心机翼构造“虚拟半无限体”的方法（第435-437页），而厚的禁止边界层的边界被选为虚拟机翼的边界，即添加到机翼上我们在“分离气泡”或湍流区域中非常停滞的区域，完全扰乱了机翼上方的流动。 在这种情况下，高速气流在实心机翼上的压力被认为等于“虚拟物体”上该流的压力。 事实证明，压力是通过边界抑制层（停滞区）的足够厚的惰性空气层从高速喷气机传递到固体机翼的，没有任何变形。
让我们详细考虑机翼轮廓不同轮廓的高速射流周围的软流动过程，并区分各种“停滞区”。
气流以较小的迎角完全附着在机翼上的情况不会增加太多新颖性（参见图17），但额罩上会出现一个小的停滞区，类似于鸟的圆头上的一个小尖嘴。
该元素看起来很小，但是对于一般地理解“流动”现象而言，它极为重要。
考虑在水平飞行中具有明显分离射流的通常机翼轮廓，首先是零迎角（见图18），然后是同一个机翼且迎角较大（见图20）。
图17。 机翼轮廓在机翼平面上没有绕断的情况下绕流流动，但是在机翼鼻翼上有一个完全减速的小区域。
图18。 带有流动的机翼轮廓在机翼平面上以零迎角破裂并且其“虚拟机体”断裂。与最初推动的正面整流罩相比，“假人机身”的强劲增长很明显，很明显，对于长纺锤形物体（例如飞机机身）而言，正面阻力低得令人惊讶。
这种形式的流线型达到Cx = 0.06，而对于相同截面的球，Cx = 0.4..0.5，对于平板Cx = 1。
事实证明，在正面投影中的分离射流下的放电根本不产生。 剩下的就是将分离射流降落在平行于速度矢量的直表面上，以使在冲击时不会出现与速度成纵向的分量。 细长的圆柱形机身和细长的卵形正面整流罩可以完美地完成此任务。 事实证明，巨大的机身阻力等于锥形鼻尖处球的阻力（见图19）。
机头整流罩中的球直径与机身直径的比值取决于飞行速度，并且飞行速度越高，机头圆角变得越窄，从而推动气流。 正面部分的值恒定时，迎面而来的气流不断增加的能量需要将越来越少的空气散布到机身侧面，同时在整流罩后面保持“虚拟体”的部分不变。 在超音速下，鼻锥的曲率半径退化为一个点，但这是一个完全不同的故事。
图 19.带有撕裂式射流的机身周围的流动模式，在该模式下将创建零飞行阻力区。 机身的所有阻力等于球在其整流罩中的空气动力学阻力。 并附有教科书中有关空气在各种物体周围流动时的阻力的插图。现在，我们考虑带有大迎角的机翼的分离湍流区的行为（见图20）。
首先，必须跟踪停滞区上方的分离流的轨迹，直到遇到飞机机翼下方的分离流为止。 由于我们认为机翼正面整流罩的轮廓是对称的圆柱状，因此可撕裂射流具有相同的功率和轨迹，即它们也是对称的。
对于水平机翼，我们已经收到了对称的两侧可分离气泡，并且机翼上的喷嘴在相同位置被关闭。
当给机翼较大的迎角时，分离射流的模式就会改变。 同时，机翼上方和下方的“分离气泡” =“停滞区”的大小在体积上开始出现巨大差异。
结果，与在机翼的上平面上的分离气泡的巨大圆顶相比，非常膨胀的机翼的下平面显着变平将变成“假想的物体”。 有趣的是，在机翼的大迎角上，在机翼的上平面上带有膨胀的分离气泡的“虚拟物体”的等效虚拟轮廓令人惊讶地类似于众所周知的ECIP飞机。 （见图21）
图20 具有流动性的机翼轮廓在机翼平面上以大迎角破裂，其“虚拟机体”也是如此。
图21。 WIG EKIP。 透视WIG模型的模型和当前较小的WIG模型（由于项目停止而未能实现）。也就是说，在Ekranolet ECIP中，控制船体后部“阴影”部分的停滞区是一个好主意，这可以使可撕下的喷气流沉积在圆顶上部的机翼上，从而提供更大的升力并减少空气阻力。
事实证明，EKIP的作者并不是那么有创造力，提供了像飞机一样的河马式设计。
没错，ECIP不应以初始薄轮廓的大攻角（约15度）飞得很快，并具有相应的高阻力。
这样的飞翼中巨大的货舱空间可以弥补空气动力学方面的一些恶化。 同时，结构薄弱的机翼看起来比传统飞机更具吸引力，因为它分离了薄型“支撑翼”和“货机机身”的功能。 但是仅是为了稳定飞行，您仍必须像ANT-20“马克西姆·高尔基”（Maxim Gorky）的巨型飞行机翼上增加一条长光束以容纳尾巴。
机翼的显着扩展（弦长增加）使得EKIP飞机在地面飞行时在空气动力学特性方面也具有明显的WIG。 因此，当在屏幕上飞行时，机翼的“虚拟机体”具有大的迎角，就变成了奇怪的铁，机翼上制动区的小鼻子喙膨胀到机翼下方巨大的停滞楔形物的大小（见图22）。
图22。 当机翼以大迎角飞过屏幕时的机翼轮廓及其“虚拟机体”。在此尖铁内，可以将其放置为EKIP和VVA-14 Ekranoletos（Bartini）的轮廓，或像ANT-20“ Maxim Gorky”一样的超厚机翼。
机翼很厚的飞机在1930年代的苏联很流行，当时制造了战前最大的飞机ANT-20“马克西姆·高尔基”。 这架飞机的机翼是如此的厚和宽，以致在机翼的根部隔间里放了几个机舱，一个人走到他的全高（见图16）。
没错，这只怪物的巡航速度仅为198km / h（最大220km / h）。
如果ANT-20略微缩短机翼的末端部分，仅保留中央最厚的部分，则飞机将变得与后来的机翼“里海怪物”罗斯蒂斯拉夫·阿列克谢耶夫（Rostislav Alekseev）相似。
比较有趣的是1930年代的“马克西姆高尔基”和60年代的“里海怪物”（见表5）。
Tab.5。 ANT-20“马克西姆·高尔基”飞机的比较特征1934 和WIG KM“里海怪物”（1966年）。
该表包含必须以某种方式解释的参考数据。
让我们首先通过一种简单的方法，通过相除直接比较同类数字。
最大重量：544/42 = 13倍
机翼区域：662/486 = 1.36次
比翼负荷：13 / 1.36 = 9.5倍
巡航速度：430/198 = 2.17倍
巡航速度时的速度差：2.17 ^ 2 = 4.71倍
发电厂的功率：（10 * 1300 * 9.81 * 430 / 3.6）/（8 * 900000 * 0.735）= 28.8倍
考虑到燃油的有效负载：304 /（42-28.5）= 22.51。
实用范围：1500/1200 = 1.25
根据燃油经济率ANT-20 = 7150 /（1200 * 6）= 0.993 l /（t * km）
KM的不确定性尚不清楚，但可以通过功率和速度进行估算。
在计算参考耗气量时，VD-7发动机的参考消耗量为0.8kg /（kgf * h）。
从水加速时的加力燃烧器消耗量10 * 13000 * 0.8 = 104 000kg / h
如果考虑到屏幕上的巡航飞行的持续时间，而十分之二的引擎仅可用于加速和进入屏幕，那么经济性将会提高。
对于两台发动机巡航2 * 13000 * 0.8 = 20800 kg / h
飞行时间1500/430 = 3.5小时
在最大航程为1500公里的过程中，KM将吞噬至少104 * 0.5 + 3.5 * 20.8 = 100吨燃油。
有效载荷约为200吨。
KM的燃油经济性为100 000 /（1500 * 200）= 0.333 l /（t.km）。
从得到的关系得出的结论是：
1.就燃油经济性而言，KM可以比ANT-20节约3倍。
现在，现代客机空中客车A380拥有A380F货物改装，能够在10,370公里的距离上载运多达150吨的货物。 最大起飞质量为560吨（飞机本身的质量为280吨）。 根据这些指标进行的货物经济性计算得出了130吨燃料，150吨货物在10370 km的距离：130,000 /（150 * 10370）= 0.0835 l /（t * km）。
在旅客方面，指标有所不同：“在大型班轮中，最经济的是每位旅客每百公里（54海里）的燃油为三升。 根据空中客车[5]，每位乘客的A380燃油消耗比“最大的现代飞机”（显然是波音747飞机）少17％。 „
也就是说，通过对850名带行李和座位的乘客进行的测试，我们得到的指标接近于货运版本的计算结果。
事实证明，在过去80年中，我们不仅飞行速度提高了4-5倍，而且使燃油效率从ANT-20上提高了10倍以上，从Ekranoplan KM上提高了4倍。 尽管仅20年前，我们的空中客车的飞行速度还是ANT-25的5倍。 最近客机的减速是由于对节油飞行的争夺所致。
2.强制将KM的巡航速度设置得如此之高，因为以较低的速度，它根本无法在屏幕上飞行。 屏幕上的飞行条件是满足不等式“速度头”>“平均机翼负载”，即
Pv = 8560Pa在430km / h（120m / s）> 544000 * 9.81 / 662.5 = 8055Pa。
3. 30年代以来的低速巨型飞机的飞行安全性比60年代以来的超高速有翼飞机的飞行安全性要好得多，几乎无法控制地冲向慢速航行的船只和无处不在的水鸟。4.海上海基飞机的运营成本比陆地高空飞机的成本高得多。这是由于仅从水面出发并离开屏幕飞行所需的引擎数量过多，以及由于暴露于引擎时海水的极端侵蚀性以及由于附近海浪飞溅而在云层中飞行时产生的ekranoplan设计。5.对于Ekranoplan KM，使用两个发动机飞行时机翼的质量等于其推力与Ekranoplan重量的比值K = 544 /（13 * 2）= 20.9。因此，大型重型Ekranoplan的空气动力学效率处于滑行质量约为K = 18-20的最佳现代大型飞机的效率水平。6.对我来说，神秘的是，空中客车380F在Ekranoplan KM效率上的三倍差距：为什么在相同的机身质量的情况下，空中客车的燃油经济性提高4倍？还是与具有高旁通率的现代涡扇发动机相比，整个秘密都隐藏在旧式苏联涡喷发动机可怕的暴饮暴食中？:
1. « », .., , , 1986.-413.
2. «» 1, .., , , 2018,-496.
3. «», . .., , ...,2017,-607.