力学竞赛

火箭助推滑翔机

理论方案设计

作品名称青鸟飞鱼

班级给排水121、给排水121 、给排水121

学号 1121430011 、 1120220035 、1120520030

学生姓名刘晶晶、徐芳芳、朱家晨

联系电话 137******** 137******** 137********

浙江科技学院大学生力学竞赛组委会

二零一四年九月

一、方案设计摘要 升力是提高滑翔机上升高度及飞行时间的重要因素。机翼的升力满足下列关系式：机翼升力系数机翼面积

飞机与气流的相对速度

空气密度

升力======

c s v 2

12ρρl sc v l 影响升力的主要因素有飞机与气流的相对速度、机翼面积及机翼升力系数。

1.升力与速度平方成正比，因此，上升时升力大，起飞时必须采用很大的倾侧角，使剩余的升力转化为盘旋飞行的向心力，以便使滑翔机小盘旋上升，如果不采用很大的倾侧角，就会翻筋斗，而损失高度。

2.升力系数c 是另一个比较关键的参数， 影响升力系数主要有翼型和迎角两个因素。翼型：由理论理想最大升力翼型为椭圆形机翼，又考虑了减小阻力和制作方便，我们选择后掠翼翼型。迎角：迎角也就是机翼与水平方向的夹角，很直观地可以看出，当机翼与水平方向具有一定夹角的时候，流向机翼表面的气流产生一个垂直方向上的分力。因此增加了迎角，使升力增加，盘旋使得倾斜就减小，从而改善滑翔性能，还可提高模型的吃气流性能，即遇到上升气流时会减小盘旋半径，抓住上升气流不放。

3.机翼面积，考虑到升力及阻力两者的综合影响，要合理设计机翼的形状及面积。且设置0.5度正安装角，改善了滑翔性能。

二、主要结构布局图

总体受力:

机翼受力：

1.飞行中之阻力：

机翼在空气中运动不仅会有升力同时阻力也存在，它主要是由两部分组成，一是空气黏性的作用，二是机翼受到空气的摩擦阻力，另一部分是机翼前后压力差的不同而表现为的阻力。摩擦阻力摩擦阻力与物体表面的光滑程度有关，也与空气的状况有关，因此不难看出减小擦阻力对于飞行用的机翼来说就是尽量把表面加工得光滑一些

压差阻力这种阻力与机翼的形状有关，同时还与空气的黏性有关，经常性地压差阻力主要是机翼后面会产生涡旋，显然减小压差阻力最直接的方法就是减小机翼后面压力较小的涡旋区，流线型的形状就是一个好的选择。

空气黏性阻力

空气黏性阻力主要表现在最靠近物体薄薄的一层气流中，叫它边界层，边界层又分为两种，一是层流层，二是湍流层。层流层的流动是一层一层的很有规则，这样由空气黏性所产生的阻力便比较小，而相反湍流层内气流是紊乱的，自然摩擦阻力比较大，因此为了较小阻力，最好是使得机翼的边界层为层流层。但是这两种边界层有更多的区别，就是它们产生的速度变化不同，简单地说，层流层里面速度变化比较激烈，湍流层由于比较“紊乱”，里面的空气相互影响，因此速度变化不激烈，湍流层的这个特点使它在机翼表面流动时不容易停顿下来，而层流层相反，这些特性表现为，层流层涡旋很大，湍流层较小，故湍流层压差阻力较小，而层流层的压差阻力比较大。因此从减小压差阻力的观点来看，边界层最好是湍流的。

2.展弦比：

从雷诺数的观点机翼越宽、速度越快越好，但我们不要忘了阻力，短而宽的机翼诱导阻力会吃掉你大部分的马力，我飞机则要有适合的展弦比，展弦比 A 就是翼展 L 除以平均翼弦 b(A=L/b)，L 与 b 单位都是公分，如果不是矩形翼的话我们把右边上下乘以 L，得 A=L2/ S，S 是主翼面积，单位是平方公分，这样省得求平均翼弦，一般适合的展弦比在 5~7 左右。

滑翔机没有动力，采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法。我们通过实验选择展弦比为7.4。

3.机翼形状选择：

飞机翼型有矩形翼、后掠翼、梯形翼、变后掠翼、三角翼等翼型。由理论理想最大升力翼型为椭圆形机翼，又考虑了减小阻力和制作方便我们选择后掠翼翼型。

4.上反角

为力增加飞机飞行时的稳定性，防止飞机侧滑翻滚，我们设计了上反角。但上反角过大会影响方向稳定性。经试验我们确定选择一级上反角，这个角度既能保证飞机的稳定又能提供足够的升力。

四、载荷分析

经反复试验得知：1.飞机在空中飞行过程中不会发生破裂2.几乎所有的飞机破坏过程发生在飞机着陆的瞬间。在飞机着陆的瞬间，由于飞机的加速度是很大的，也就导致了飞机的动载荷变得很大，特别是飞机前部分（离飞机较近的一端）需承受的载荷非常大。此过程可用“压杆稳定原理”进行分析，当飞机头朝下撞击地面时，飞机前段（自机头至机翼前缘）状态是：机头相当于固定铰支，机翼端为固定方向可左右移动端。当受动载荷挤压时有力学知识可知机翼端受弯曲变形最大，受最大的弯曲应力。所以受力分析得知机翼前缘处最可能断裂，此结果与我们的实验结果一致。

五、飞行性能估算飞行轨迹路线