滑翔比是指
滑翔机或飞机等
飞行器在无动力飞行期间前进距离和高度下降之间的比值。滑翔比通常用“K”表示。滑翔比是飞行器的一项重要性能指标。
计算方法
如果某一滑翔机在静气流中滑翔L米远时下降了H米高度,则这个滑翔机的滑翔比被定义为
滑翔比K值越大,滑翔机的飞行品质越好。而且,一架滑翔机的滑翔比K,正好和这架滑翔机的升力和阻力的比值相等。
影响因素
影响滑翔机滑翔比大小的主要因素是:整个滑翔机在滑翔时所能产生的上升力(升力)和整个滑翔机在滑翔时所受到的空气阻力(阻力)。如果测量升力和阻力的单位相同的话,则
其中,S:升阻比;Q:升力;R:阻力。
一架滑翔机的“升阻比”就等于它的“滑翔比”。设法提高机翼的升力,减小整个滑翔机的阻力,就是我们提高滑翔机升阻比的途径。
(1)展弦比的影响
按机翼理论,展弦比越大,其气动特性更接近于二维翼型。对于一定迎角,会使升力曲线斜率增加,从而升力系数增加;同时会使诱导阻力系数减小,升阻比增加。不过,由于展弦比增加,也会使伞绳数量增加,引起附加阻力增加。
(2)翼伞表面“鼓包”的影响
翼伞表面由伞衣、加强带等不同的纺织材料组成。在空气动力载荷、吊挂负荷及翼伞内腔气压的共同作用下,翼伞表面会产生凸起的“鼓包”,翼伞刚性越差,“鼓包”越明显。“鼓包”一方面使翼伞的实际展长减小,另一方面使上翼面的流动过程更加复杂,边界分离加剧。因此,“鼓包”高度越高,升阻比越小,滑翔比也就越小。
(3)翼伞材料透气量的影响
冲压式翼伞在飞行时,内腔压力将高于上、下翼面的静压。如果伞衣材料的透气量增加,将会使内腔泄压而减弱翼伞的刚性;另一方面,透过表面的气流会破坏边界层的附着力,促使分离,从而降低翼伞的升阻力特性。
(4)展向弯度(下反角)的影响
冲压式翼伞的展向弯度又称为下反角。当展向弯度(或下反角)增加时,气动力在展向上的分力增加,而在垂直方向上的分量减小。展向分量增加,增加了翼伞展向上的抗压能力,即增加了翼伞的刚性;垂直方向上的分量减小,就会减小升力。由此可知,展向弯度增加,其升阻比减小,但伞衣刚性增加。
(5)伞绳长度的影响
伞强长度增加,下反角减小,翼面变平,翼伞伞衣面的升阻比增加;但伞绳长度增加,又会造成伞绳阻力增加。因此,对于整个翼伞系统来讲,翼伞伞绳长度有个最佳值。一般来说,伞绳与展长之比在0.8左右较好。
提升方法
增加最大升力系数
通过增加翼型的弯度可以使CLmax增加,本文分别对采用NACA四位数系列的2415,3415,4415,5415翼型(见概述图)进行分析,四种翼型厚度分布函数相同,相对弯度从2%增加到5%。在不同弯度情况下,翼伞稳定飞行时的各项参数随安装角的变化情况如图4所示。
由图4可知,增加翼型弯度可以使翼伞的Kmax有所增加,但也会使翼伞性能对伞体安装角度更为敏感,即安装角的微小变化会对翼伞性能造成较大影响。这是由于翼型弯度增加导致翼伞的低头力矩增加,当伞体的安装角度发生变化时,翼伞需要改变更大的迎角获得力矩平衡状态,从而引发翼伞滑翔性能的剧烈变化。此外在大弯度翼型的情况下,只有少部分安装角度下翼伞的伞绳才能保证绷紧。大部分情况会使前伞绳松弛而无法获得稳定滑翔状态,这也是翼型过大的低头力矩使伞绳拉力向后伞绳转移的结果。
在翼伞的制造过程中可能存在误差使伞体的安装角度偏离设计点,若采用大弯度翼型这些误差很可能导致性能大幅下降,甚至伞绳松弛无法正常飞行。因此,在设计阶段需要采用最大升力系数较大同时低头力矩较小的翼型。
减小阻力
系统的零升阻力中伞体零升阻力和载荷物阻力相对容易削减。伞体零升阻力主要可通过修改前缘切口进行缩减,载荷物阻力则通过简单实用的整流来实现。
(1)减小伞体零升阻力
采用NACA2415翼型,CDc从0.07减小至0.04,翼伞稳定飞行时各项参数随安装角的变化情况如图5所示。由图5可知,伞体零升阻力的减小可以使升阻比大幅提升,同时也会使部分安装角情况下前伞绳失效。伞体阻力离重心较远,减小伞体阻力不仅改变了翼伞滑翔时的力平衡状态,而且影响滑翔时力矩的平衡状态。
(2)减小伞体载荷物阻力
采用NACA2415翼型,CD2从0.02缩减至0.01,翼伞稳定飞行时各项参数随安装角的变化情况如图6所示。
由图6可知,载荷物阻力的减小仅提升了升阻比,对稳定滑翔的迎角、速度、伞绳拉力几乎没有影响。这主要是由于载荷物更靠近系统的重心,且其气动力偏小,因此它的变化基本不影响滑翔时力矩的平衡状态,仅改变了力的平衡状态。