扩散器

前机尾涡流对飞机飞行的影响

发布时间:2022/5/11 13:54:44   

飞行中飞机将动量传给空气,对飞机飞过后的空气形成强烈扰动,飞机机尾后的这种空气扰动就是尾流。尾流由发动机紊流、附面层紊流和尾涡三部分组成,其中尾涡对飞行的影响最大。有时尾流又专指翼尖涡流形成的尾涡。

1、尾涡的形成

正常飞行时,飞机下翼面的压强比上翼面高,在上下翼面压强差的作用下,下翼面的气流会绕过翼尖流向上翼面,使得下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜,上翼面反之。由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向,于是在翼尖处形成两组旋转方向相反、向后流动的翼尖涡流,称为尾涡。

2、尾涡的物理特性

两条集中尾涡涡核中心之间的距离称为涡核距,它通常小于飞机的翼展(L),在中等迎角下,涡核距约为0.8L;大迎角下,涡核距为(0.72~0.75)L。尾涡的旋转强度与载荷因数ny、重力G成正比;与翼展L、空气密度ρ及飞行速度V成反比。

两条尾涡运动的叠加,形成了飞机的尾流场。飞机尾流场的速度分布如图1所示,由图可见,两条尾涡中间的气流向下运动,这个向下的速度,根据对C-5A型号飞机的测定,在飞机后2.4km处可达18.3m/s.而且这个速度与飞机质量成正比,与飞行速度成反比,因此大型飞机起飞、着陆时,其尾流场的向下速度会很大,对紧接其后的飞机的飞行有很大影响。

图1尾流的速度场

尾涡离开飞机后会向下移动,称为尾涡的下沉。尾涡的下沉量是指尾涡中心低下水平线的垂直高度。下沉量由两部分组成,第一部分是机翼的下洗作用造成的,通过机翼的气流有一定的下洗角,使整个气流向下倾斜,造成尾涡下沉。这部分下沉量与下洗角大小和尾涡离开飞机的距离成正比。第二部分下沉量是由于左右两旋转方向相反的涡的影响,使两个涡束都产生下移速度所致。大型飞机的尾涡大约以2.5m/s的速度向下移动,但下降到m就趋于水平。

尾涡流在接近地面时,有地面效应,左右两股尾涡流在接近地面翼展的高度时,受地面阻挡,逐渐转为横向移动,有侧风时,尾涡流随侧风飘移。

图2尾涡流的地面效应

由于尾涡流的切向速度很大,会带动大气中具有黏性的静止空气旋转,因而能量不断扩散。此外,大幅度的温度变化和大气波动也能导致尾流很快耗散。尾涡的衰减和耗散时间约为2min。风速越大,尾涡耗散越快。

3、前机尾流对后机飞行的影响

如果飞机在很近的距离内进入前机尾流,会对飞行产生很大的影响。飞机从尾流的不同位置和方向进入,受到的影响是不同的,如图3所示。

图3前机尾涡流对后机飞行的影响

(1)横穿前机尾涡中心

当飞机横穿前机尾涡中心时,受尾涡流场的影响,飞机会忽上忽下出现大幅度的颠簸,使飞机承受很大的载荷变化。如果飞行员操纵不当,会加大飞机的载荷,甚至使飞机的结构遭到破坏。

如果飞机不是从前机尾涡的中心横穿,则影响会小很多。

(2)从正后方进入前机的尾涡

当飞机从前机正后方进入前机的尾涡时,会受到尾涡下沉气流的影响,下降率增加,如果是着陆时进入,则飞机会突然掉高度。如果在中高空飞行,这种影响并不大,因为此时有足够的高度裕度让飞行员来重新调整和恢复。而在起飞和着陆阶段,出现这种掉高度的情况有可能是灾难性的。

(3)从正后方进入前机一侧机翼的尾涡中心

当飞机从前机一侧机翼的尾涡中心的正后方进入时,飞机左右两翼的受到的气流作用不一样,两翼迎角相差很多,飞机会急剧滚转。飞行试验表明,重型宽

体客机所形成的尾涡流场十分强烈。当小型机不慎进入尾涡中心区时,很容易产生90°以上的滚转,导致飞机掉高度,如果在进近过程中发生这种情况将可能产生无可挽回的灾难性后果。

(4)从前机旁边进入前机尾涡

当飞机从旁边进入前机尾涡时,由于两侧机翼受到的气流大小不一样,会导致飞机向尾涡外侧滚转,最终被推出尾涡区。

4、预防进入前机尾流的措施

(1)保持距离和高度间隔

机场附近仪表飞行,与其他飞机的距离应保持5nmile以上,大型飞机也应保持3nmile以上,高度差最少要保持ft;同一空域飞行,应保持5nmile的距离和ft的高度差。起飞时中、小型飞机应在大型飞机起飞离地ft之后开始离地,在大型机着陆接地点之前ft处着陆接地。

中、小型飞机与大型飞机的飞行轨迹的上、下距离不得少于ft,并应保持在大型飞机飞行轨迹的上风飞行。

(2)保持时间间隔

机场附近目视飞行,应最少保持2min的时间间隔(相当于5nmile)。

参考文献:

[1]匡江红,王秉良,吕鸿雁.飞机飞行力学[M].北京:清华大学出版社.:-.

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