高升力空气动力学主要研究增升装置的空气动力学特性,此类装置也称为高升力装置。高升力空气动力学是空气动力学在飞行速度相对较低情况下的一个子集。本书重点放在民用运输机上,但是相关物理学原理适用于其他飞机。
然而,高升力空气动力学这一名称并未完全描述出相关技术的内涵。高升力装置主要用于降低飞机起飞和进场时的速度。在匀速飞行过程中,升力与飞机重量相等,因此,需要增加的不是升力,而是升力系数,从而确定最小速度与可达到的最大升力系数。因此,正确的名称应该是高最大升力系数空气动力学,实际上,该名称从未使用。
虽然其目的是降低飞行速度,但低速空气动力学这一术语却具有一定的误导性(虽然有时也用),低速通常指的是速度低至每秒几米的非常慢的流动,此时摩擦力影响非常大。而高升力空气动力学所覆盖的速度范围仅仅是相对于飞机巡航速度较低,着陆阶段的典型速度从小型飞机的30节到大型运输机的200节不等。
高升力系数通常意味着大攻角(飞机体轴线和速度之间的夹角)飞行。大攻角空气动力学这一术语通常与细长三角翼上的特定流动以及相关的涡流主导的流动密切相关。虽然也可利用旋涡来提高升力,但本书并不研究此类流动。
本书从不同角度对高升力空气动力学进行探讨。在初步介绍之后,首先,讨论了升力产生的物理极限,给出了产生升力的潜力。其次,通过分析飞机认证所需的高升力相关要求,讨论了飞机安全飞行所需的条件。第三,分析了提高飞机在起飞、进场和着陆期间性能的需求。
然后,讨论了不同的增加升力机制,区分了主动和被动两类高升力装置,被动高升力定义为仅通过改变形状来重定向气流流动以改变升力。相反,主动高升力则通过改变流动的能量以改变升力。
最后,从空气动力学的角度介绍了高升力装置的评估和设计方法,除了数值和试验方法之外,还专门介绍了高升力系统的气动设计。当然,本书无法全面涵盖所有主题,主要集中在高升力空气动力学与装置的具体特征上,并提供了初步的见解。关于设计和仿真的更多细节可参考专业文献。
正如读者即将看到的,高升力空气动力学涉及不同领域和学科。由于每个领域都有自己的标准和命名约定,许多符号具有双重含义,例如,流体力学中用T表示温度,而飞行力学中用T表示推力。为了增加本书的可读性,省略了通用术语表,每章都单独给出了术语表。