[科普中国]-零迎角俯仰力矩系数

定义

零迎角俯仰力矩系数是指迎角为零时，作用于飞机或其他部件的俯仰力矩系数。1

迎角迎角（Angle of attack）对于固定翼飞机，机翼的前进方向（相当于气流的方向）和翼弦（与机身轴线不同）的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

迎角大小与飞机的空气动力密切相关。飞机的升力与升力系数成正比；阻力与阻力系数成正比。升力系数和阻力系数都是迎角的函数。在一定范围内，迎角越大，升力系数与阻力系数也越大。但是，当迎角超过某一数值（称为临界迎角），升力系数反而开始减小，同时由于迎角较大时，出现了粘滞压差阻力的增量，阻力系数与迎角的二次方成反比，当超过临界迎角时，分离区扩及整个上翼面，阻力系数急剧增大。这时飞机就可能失速。

因此，迎角是重要的飞行参数之一，飞行员必须使飞机在一定的迎角范围内飞行。所以有的飞机有一块专门指示迎角的仪表——迎角表。有的飞机还有失速警告系统。当实际迎角接近临界迎角而使飞机有失速的危险时，失速警告系统即发出各种形式的告警信号。

俯仰力矩俯仰力矩是指作用于飞机的外力产生的绕机体oy轴的力矩。包括气动力矩和发动机推力向量因不通过飞机质心而产生的力矩，亦称纵向力矩。

俯仰力矩系数俯仰力矩系数定义式为： 。2

俯仰力矩系数以逆时针方向为正。式中， 为水的密度， 为来流速度，S为模型圆柱段横截面积，L为模型尾部端面到天平力矩中心的距离。

空泡的俯仰力矩系数通过在水洞中采用前支撑方式进行的超空泡航行体尾部流体动力特性研究，可以得到以下结论:

（1）在空泡开始包裹到尾部天平时，随着空泡形态的增长，尾部阻力系数迅速下降，而升力系数和俯仰力矩系数则迅速上升。当空泡将航行体上表面包裹，而下表面沾湿时，阻力系数减小变平缓，而升力系数和俯仰力矩系数则均到达峰值。当空泡完全包裹航行体时，升力系数和俯仰力矩系数迅速回落至零值附近，此时阻力系数在零值附近变化不大。在空泡完全包裹航行体上表面，而下表面存在沾湿区域时，下表面的沾湿区域越大，其阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数也越大。

（2）尾部沾湿长度随着通气率的增大而减小，阻力系数随着沾湿长度的增大而增大。

（3） 0度攻角时每个速度下的最大尾部升力系数和俯仰力矩系数均随着速度的增大而减小。

（4）攻角1度情况下的航行体尾部阻力系数减小幅度与无攻角时相比明显降低;阻力系数开始迅速减小的通气率数值在有攻角情况下也相对减小。有攻角情况下的最大升力系数和俯仰力矩系数均远大于无攻角情况，获得最大升力系数和俯仰力矩的通气率数值在有攻角情况下均相对减小。

螺旋桨俯仰力矩系数凭借出色的燃油消耗率、低廉的使用成本、较高的维修性和可靠性，以及对动力选择的多样化需求，涡轮螺旋桨发动机越来越广泛地被应用于航空飞行器中，如美军V-22“鱼鹰”运输机、E-2C"鹰眼”预警机、空中客车A400-M运输机，以及安多诺夫AN-70运输机等。目前我国己服役的多款运输机及特种飞机均采用了螺旋桨动力系统，滑流是螺旋桨动力飞机特有的一重要特征，研究滑流对飞机气动特性的影响对于准确分析飞机的飞行性能和操纵品质具有十分重要的意义。

螺旋桨通过流经螺旋桨桨盘区域流管的动量产生推力，螺旋桨后方的流管即螺旋桨滑流，飞机位于螺旋桨之后的并处于滑流之中的部件受滑流的影响表现为使部件前方来流发生改变(速度大小、方向与滑流之外区域有很大不同)。以机翼部件为例，如图所示，机翼表面受滑流直接影响的区域比机翼上临近的其他区域承受更高的动压，产生更大的升力。

中航飞机研发中心1所的任庆祝研究发现，滑流引起的俯仰力矩系数增量与迎角a关系较大，其绝对值大小随桨盘系数的增加而增加。