舉力

舉力

徠舉力又稱升力,流體中運動的物體所受的與來流方向垂直的力。

舉力


正文


在流體中運動的物體所受的與來流方向垂直的力,又稱升力。舉力的產生同速度環量有極密切的關係。考慮圓柱的有環量繞流問題,圖中畫出了不加點渦(圖之a)和加點渦后的流線圖。從圖之c上可以看出, 加點渦后的流動對y軸是對稱的,所以圓柱將不遭受阻力;但由於存在速度環量,流動對x 軸不再對稱。因此,必然產生垂直來流方向的合力。舉力的產生可以更細緻地分析如下:在圓柱上表面,順時針方向的環流和無環量的繞流方向相同,因而速度增加;在下表面二者方向相反,因而速度減小。根據伯努利定理,上表面壓力減小,下表面壓力增大,從而產生向上的舉力。利用伯努利定理和物面上速度的表達式,經過積分計算可得:
(1)
式(1)稱為儒科夫斯基定理,它指出,舉力L的大小同速度環量Γ、來流速度V∞和流體的密度ρ在正比。要決定舉力的方向,只要把來流速度矢量逆速度環量方向旋轉90°即得。式(1)不僅對圓柱繞流問題是正確的,而且對於有尖緣的任意翼型也是正確的。任意翼型繞流問題的複位勢為:
式中V∞、分別為無窮遠處的復速度和共軛復速度;ζ=F(z)是將半徑為a的圓互為單值且保角地映射到任意翼型上去的解析函數;。求作用在物體上的合力的一般程序是:先求出物面上的速度分佈,然後根據伯努利定理求出物面上的壓力分佈。將壓力矢量沿物面積分即得作用在物體上的合力。複變函數方法的優點徠在於存在著求合力的恰普雷金公式:
舉力
舉力
式中L*為共軛複合力;C為物體的邊線。於是只要求出的殘數就能很容易地求出合力,不必求助於很麻煩的普通積分,從而顯著地簡化了計算。的勞倫級數為:將其平方後代入恰普雷金公式得,取其共軛值后,得:
。 (2)
這就是任意翼型的儒科夫斯基定理。
舉力係數CL的定義為:
(3)
式中l為特徵尺度,在圓柱和翼型問題中分別是圓柱直徑和弦長。將式(2)代入式(3),可得舉力係數的表達式。在一定馬赫數下,舉力係數CL隨飛行器的攻角α而變化,當α不大時,CL隨α的變化是線性的。

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