Anderson《空氣動力學基礎》5th讀書筆記 第5記——推導二維機翼的空氣動力學系數
我們知道,空氣對一個物體產生的升力和阻力以及力矩源於作用在整個物體上的壓力分佈和剪下力分佈,所以我們分析上圖可知(取單位展長的機翼):
對於上表面:
同理對於下表面:
PS:N為法向力,A為切向力。
於是單位機翼上的總的法向力和切向力可表示為:
(LE代表前緣,TE代表後緣)
我們再推導機翼受到的力矩:
上表面受到的微元力矩:
我們需要對力矩的方向做一些解釋,我們規定力矩方向如下圖所示:
因此我們可以知道機翼的總力矩為:
我們又知道空氣動力學系數為:
PS:其中
不知道上面這些無量綱係數是怎麼來的,別怕,請參考:量綱分析——白金漢PI定理
從上圖中,我們又可以很輕鬆地推匯出:
有了以上這些公式我們就可以來推導
由於他們三者推導過程類似,所以我們只對做詳細推導:
1.已知以及、
、 、 、
2. 對 進行代換得到 :
3. 進行化簡:
4.又因為易推
5.帶入3中式子,最終可得:
同理,我們可以可以推的:
至此,二維機翼的空氣動力學系數基本都推導完畢了,有人問幹嘛把公式推這麼複雜,其實答案很簡單,就如我們一開始所說的空氣對一個物體產生的升力和阻力以及力矩源於作用在整個物體上的壓力分佈和剪下力分佈,記住壓力分佈和剪下力分佈是祖先,其他所有的力都是這兩個力衍生下去的,這也就是為什麼我們推導公式時要把其他空氣動力學系數儘量用壓力和剪下力系數來表示,有根才有枝嘛!