机翼同一般物体相似,也有摩擦阻力和压差阻力。对于机翼而言,这二者合称“翼型阻力”。机翼上除翼型阻力外,还有“诱导阻力”(又叫“感应阻力”)。这是机翼所独有的一种阻力。因为这种阻力是伴随着机翼上升力的产生而产生的。升力的产生来源于机翼上、下表面的压强差,即下表面的压强大于上表面。翼尖附近的气流在压差的作用下会由下向上绕,这样既减小了升力,又产生了阻力,这就是诱导阻力。因此可以说它是为了产生升力而付出的一种代价。[2] 图示
当机翼产生升力时,机翼下表面的压力比上表面的大,而机翼翼展长度又是有限的,所以下翼面的高压气流会绕过两端翼尖,向上翼面的低压区流去。当气流绕过翼尖时,在翼尖部分形成旋涡,这种旋涡的不断产生而又不断地向后流去即形成了所谓翼尖涡流。[2]
翼尖涡流使流过机翼的空气产生下洗速度,而向下倾斜形成下洗流。气流方向向下倾斜的角度,叫下洗角。
由翼尖涡流产生的下洗速度,在两翼尖处最大,向中心逐渐减少,在中心处最小。这是因为空气有粘性,翼尖旋涡会带动它周围的空气一起旋转,越靠内圈,旋转越快,越靠外圈,旋转越慢。因此离翼尖越远,气流下洗速度越小。 气流流过机翼后下折一个角度
图示的就是某一个翼剖面上的下洗速度。它与原来相对速度v组成了合速度u 。u与v的夹角就是下洗角a1。下洗角使得原来的冲角a减小了。根据举力Y原来的函义,它应与相对速度v垂直,可是气流流过机翼以后,由于下洗速w的作用,使v的方向改变,向下转折一个下洗角a1,而成为u。因此,升力Y也应当偏转一角度a1,而与u垂直成为y1。此处下洗角很小,因而y与y1一般可看成相等。回这时飞机仍沿原来v的方向前进。y1既不同原来的速度v垂直,必然在其上有一投影为Q;。它的方向与飞机飞行方向相反,所起的作用是阻拦飞机的前进。实际上是一种阻力。这种阻力是由升力的诱导而产生的,因此叫做“诱导阻力”。它是由于气流下洗使原来的升力偏转而引起的附加阻力,并不包含在翼型阻力之内。[2]
在日常生活中,也可观察到翼尖涡流的现象。例如大雁南飞,常排成人字或斜一字形,领队的大雁排在中间,而幼弱的小雁常排在外侧。这样使得后雁处于前雁翅梢处所产生的翼尖涡流之中。翼尖涡流中气流的放置是有规律的,靠翼尖内侧面,气流向下,靠翼尖外侧,气流是向上的即上升气流。这样后雁就处在前雁翼尖涡流的上升气流之中,有利于长途飞行。[2]
从实验也可看出翼尖涡流的存在。当机翼产生正升力时,由于机翼下表面的压力比上表面的大,故空气从下翼面绕过翼尖翻到上翼面。因而处在两翼尖处的两个叶轮都放置起来,在左翼尖的向右放置(从机尾向机头看),在右翼尖的向左放置。升力增大,上下翼表面压力差增大,叶轮放置得更快。升力为零,上下翼面无压力差,叶轮不转动。若机翼产生负升力,则上翼面的压力比下翼面大,故两叶轮就会反转。飞行中,有时从飞机翼尖的凝结云也可看到翼尖涡流。因为翼尖涡流的范围内压力很低,如果空气中所含水蒸汽膨胀冷却而凝结成水珠,便会看到由翼尖向后的两道白雾状的涡流索。 机翼气流的运动方式