滑翔比

滑翔比

滑翔比是指滑翔機或飛機等飛行器在無動力飛行期間前進距離和高度下降之間的比值。滑翔比通常用“K”表示。滑翔比是飛行器的一項重要性能指標。

人們常用滑翔比來衡量滑翔性能的優劣。由滑翔飛行的平衡關係可知,滑翔比與升阻比相等。現代高級滑翔機的升阻比最高已超過50。

基本介紹

  • 中文名:滑翔比
  • 外文名:Glide ratio
  • 性質:飛行術語
計算方法,影響因素,提升方法,

計算方法

如果某一滑翔機在靜氣流中滑翔L米遠時下降了H米高度,則這個滑翔機的滑翔比被定義為
滑翔比K值越大,滑翔機的飛行品質越好。而且,一架滑翔機的滑翔比K,正好和這架滑翔機的升力和阻力的比值相等。

影響因素

影響滑翔機滑翔比大小的主要因素是:整個滑翔機在滑翔時所能產生的上升力(升力)和整個滑翔機在滑翔時所受到的空氣阻力(阻力)。如果測量升力和阻力的單位相同的話,則
其中,S:升阻比;Q:升力;R:阻力。
一架滑翔機的“升阻比”就等於它的“滑翔比”。設法提高機翼的升力,減小整個滑翔機的阻力,就是我們提高滑翔機升阻比的途徑。
(1)展弦比的影響
按機翼理論,展弦比越大,其氣動特性更接近於二維翼型。對於一定迎角,會使升力曲線斜率增加,從而升力係數增加;同時會使誘導阻力係數減小,升阻比增加。不過,由於展弦比增加,也會使傘繩數量增加,引起附加阻力增加。
(2)翼傘表面“鼓包”的影響
翼傘表面由傘衣、加強帶等不同的紡織材料組成。在空氣動力載荷、吊掛負荷及翼傘內腔氣壓的共同作用下,翼傘表面會產生凸起的“鼓包”,翼傘剛性越差,“鼓包”越明顯。“鼓包”一方面使翼傘的實際展長減小,另一方面使上翼面的流動過程更加複雜,邊界分離加劇。因此,“鼓包”高度越高,升阻比越小,滑翔比也就越小。
(3)翼傘材料透氣量的影響
衝壓式翼傘在飛行時,內腔壓力將高於上、下翼面的靜壓。如果傘衣材料的透氣量增加,將會使內腔泄壓而減弱翼傘的剛性;另一方面,透過表面的氣流會破壞邊界層的附著力,促使分離,從而降低翼傘的升阻力特性。
(4)展向彎度(下反角)的影響
衝壓式翼傘的展向彎度又稱為下反角。當展向彎度(或下反角)增加時,氣動力在展向上的分力增加,而在垂直方向上的分量減小。展向分量增加,增加了翼傘展向上的抗壓能力,即增加了翼傘的剛性;垂直方向上的分量減小,就會減小升力。由此可知,展向彎度增加,其升阻比減小,但傘衣剛性增加。
(5)傘繩長度的影響
傘強長度增加,下反角減小,翼面變平,翼傘傘衣面的升阻比增加;但傘繩長度增加,又會造成傘繩阻力增加。因此,對於整個翼傘系統來講,翼傘傘繩長度有個最佳值。一般來說,傘繩與展長之比在0.8左右較好。

提升方法

增加最大升力係數
通過增加翼型的彎度可以使CLmax增加,本文分別對採用NACA四位數系列的2415,3415,4415,5415翼型(見概述圖)進行分析,四種翼型厚度分布函式相同,相對彎度
從2%增加到5%。在不同彎度情況下,翼傘穩定飛行時的各項參數隨安裝角的變化情況如圖4所示。
滑翔比
圖4
由圖4可知,增加翼型彎度可以使翼傘的Kmax有所增加,但也會使翼傘性能對傘體安裝角度更為敏感,即安裝角的微小變化會對翼傘性能造成較大影響。這是由於翼型彎度增加導致翼傘的低頭力矩增加,當傘體的安裝角度發生變化時,翼傘需要改變更大的迎角獲得力矩平衡狀態,從而引發翼傘滑翔性能的劇烈變化。此外在大彎度翼型的情況下,只有少部分安裝角度下翼傘的傘繩才能保證繃緊。大部分情況會使前傘繩鬆弛而無法獲得穩定滑翔狀態,這也是翼型過大的低頭力矩使傘繩拉力向後傘繩轉移的結果。
在翼傘的製造過程中可能存在誤差使傘體的安裝角度偏離設計點,若採用大彎度翼型這些誤差很可能導致性能大幅下降,甚至傘繩鬆弛無法正常飛行。因此,在設計階段需要採用最大升力係數較大同時低頭力矩較小的翼型。
減小阻力
系統的零升阻力中傘體零升阻力和載荷物阻力相對容易削減。傘體零升阻力主要可通過修改前緣切口進行縮減,載荷物阻力則通過簡單實用的整流來實現。
滑翔比
圖5
(1)減小傘體零升阻力
採用NACA2415翼型,CDc從0.07減小至0.04,翼傘穩定飛行時各項參數隨安裝角的變化情況如圖5所示。由圖5可知,傘體零升阻力的減小可以使升阻比大幅提升,同時也會使部分安裝角情況下前傘繩失效。傘體阻力離重心較遠,減小傘體阻力不僅改變了翼傘滑翔時的力平衡狀態,而且影響滑翔時力矩的平衡狀態。
(2)減小傘體載荷物阻力
採用NACA2415翼型,CD2從0.02縮減至0.01,翼傘穩定飛行時各項參數隨安裝角的變化情況如圖6所示。
由圖6可知,載荷物阻力的減小僅提升了升阻比,對穩定滑翔的迎角、速度、傘繩拉力幾乎沒有影響。這主要是由於載荷物更靠近系統的重心,且其氣動力偏小,因此它的變化基本不影響滑翔時力矩的平衡狀態,僅改變了力的平衡狀態。
滑翔比
圖6

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