阻力的产生以及对无人机飞行的影响

飞行器的所有部件,包括机翼、尾翼、机身以及每个暴露在空气中的部件,都会产生阻力。即使是在发动机罩、机轮整流罩里面的部件,只要有空气流过就会产生阻力,升力与阻力是同时出现的。统合计算所有产生阻力的因素,得到阻力的标准公式:

对比升力公式可以发现,飞行器上影响升力的因素同时也在影响阻力的产生,阻力系数Cd就像升力系数一样,综合了飞行器的所有特性。影响阻力的因素有飞行速度、空气密度、气动外形及其尺度。

总阻力 = 翼型阻力 + 涡阻力

翼型阻力

形状阻力(形阻)或压差阻力,是由于气流的经过,物体周围压力分布不同而造成的阻力。

蒙皮摩擦阻力或粘性阻力,是由于空气和飞行器表面接触产生的。

形阻和蒙皮摩阻之间的关系非常密切,会相互影响。因此,形阻和摩阻通常放到一起考虑,并用一个新的名词重新命名——翼型阻力,经常也称型面阻力。

形阻和蒙皮摩阻都直接与v2成正比所以,当速度增加而诱导阻力减少时,形阻和蒙皮摩阻增加。

涡阻力

也称为诱导阻力或涡诱导阻力,它的产生原因是,机翼上下表面压力差导致空气从机翼下方的高压区流向机翼上方的低压区,从而在机翼翼尖形成空气涡,空气涡的能量来自于从飞机上带走的能量,从而造成阻力。

涡阻力的强度是跟升力直接关联的,升力系数越高,迎角越大,涡阻力越大,而此时飞行器飞行速度相对较低,因此涡阻力的大小与1/v2成正比,飞机飞行速度降低,涡阻力迅速增大。

升阻比

升力公式与阻力公式的参量和形式是一样的,将升力除以阻力得到升阻比L/D。由图中可以看出,当在涡阻力等于其他阻力和的地方,阻力达到最小值,升阻比达到最大。

总阻力

在稳定飞行状态下的飞行器受力分析中,飞行器上总升力与总重力平衡,推力和总阻力平衡。因此,当总阻力最小时,飞行器所需要的推力也最小,所消耗的能量最少,相应的,续航时间是最长的。

地面效应

地面效应是一种使飞行器诱导阻力减小,同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应。当飞机离地距离小于半翼展时,地面效应的影响就会很明显,翼尖涡流受到干扰,升力增大,阻力减小。