[科普中国]-滑翔比

如果某一滑翔机在静气流中滑翔L米远时下降了H米高度，则这个滑翔机的滑翔比被定义为

滑翔比K值越大，滑翔机的飞行品质越好。而且，一架滑翔机的滑翔比K，正好和这架滑翔机的升力和阻力的比值相等。2

影响滑翔机滑翔比大小的主要因素是：整个滑翔机在滑翔时所能产生的上升力(升力)和整个滑翔机在滑翔时所受到的空气阻力(阻力)。如果测量升力和阻力的单位相同的话，则

其中，S：升阻比；Q：升力；R：阻力。

一架滑翔机的“升阻比”就等于它的“滑翔比”。设法提高机翼的升力，减小整个滑翔机的阻力，就是我们提高滑翔机升阻比的途径。2

（1）展弦比的影响

按机翼理论，展弦比越大，其气动特性更接近于二维翼型。对于一定迎角，会使升力曲线斜率增加，从而升力系数增加；同时会使诱导阻力系数减小，升阻比增加。不过，由于展弦比增加,也会使伞绳数量增加，引起附加阻力增加。3

（2）翼伞表面“鼓包”的影响

翼伞表面由伞衣、加强带等不同的纺织材料组成。在空气动力载荷、吊挂负荷及翼伞内腔气压的共同作用下，翼伞表面会产生凸起的“鼓包”，翼伞刚性越差，“鼓包”越明显。“鼓包”一方面使翼伞的实际展长减小,另一方面使上翼面的流动过程更加复杂，边界分离加剧。因此，“鼓包”高度越高，升阻比越小，滑翔比也就越小。3

（3）翼伞材料透气量的影响

冲压式翼伞在飞行时，内腔压力将高于上、下翼面的静压。如果伞衣材料的透气量增加，将会使内腔泄压而减弱翼伞的刚性;另一方面，透过表面的气流会破坏边界层的附着力，促使分离，从而降低翼伞的升阻力特性。3

（4）展向弯度（下反角）的影响

冲压式翼伞的展向弯度又称为下反角。当展向弯度（或下反角）增加时,气动力在展向上的分力增加，而在垂直方向上的分量减小。展向分量增加,增加了翼伞展向上的抗压能力，即增加了翼伞的刚性;垂直方向上的分量减小，就会减小升力。由此可知，展向弯度增加,其升阻比减小，但伞衣刚性增加。3

（5）伞绳长度的影响

伞强长度增加，下反角减小，翼面变平，翼伞伞衣面的升阻比增加;但伞绳长度增加,又会造成伞绳阻力增加。因此，对于整个翼伞系统来讲，翼伞伞绳长度有个最佳值。一般来说，伞绳与展长之比在0.8左右较好。3

通过增加翼型的弯度可以使CLmax增加，本文分别对采用NACA四位数系列的2415，3415，4415，5415翼型(见概述图)进行分析，四种翼型厚度分布函数相同，相对弯度从2%增加到5%。在不同弯度情况下，翼伞稳定飞行时的各项参数随安装角的变化情况如图4所示。

由图4可知，增加翼型弯度可以使翼伞的Kmax有所增加，但也会使翼伞性能对伞体安装角度更为敏感，即安装角的微小变化会对翼伞性能造成较大影响。这是由于翼型弯度增加导致翼伞的低头力矩增加，当伞体的安装角度发生变化时，翼伞需要改变更大的迎角获得力矩平衡状态，从而引发翼伞滑翔性能的剧烈变化。此外在大弯度翼型的情况下，只有少部分安装角度下翼伞的伞绳才能保证绷紧。大部分情况会使前伞绳松弛而无法获得稳定滑翔状态，这也是翼型过大的低头力矩使伞绳拉力向后伞绳转移的结果。4

在翼伞的制造过程中可能存在误差使伞体的安装角度偏离设计点，若采用大弯度翼型这些误差很可能导致性能大幅下降，甚至伞绳松弛无法正常飞行。因此，在设计阶段需要采用最大升力系数较大同时低头力矩较小的翼型。

系统的零升阻力中伞体零升阻力和载荷物阻力相对容易削减。伞体零升阻力主要可通过修改前缘切口进行缩减，载荷物阻力则通过简单实用的整流来实现。4

(1)减小伞体零升阻力

采用NACA2415翼型，CDc从0.07减小至0.04，翼伞稳定飞行时各项参数随安装角的变化情况如图5所示。由图5可知，伞体零升阻力的减小可以使升阻比大幅提升，同时也会使部分安装角情况下前伞绳失效。伞体阻力离重心较远，减小伞体阻力不仅改变了翼伞滑翔时的力平衡状态，而且影响滑翔时力矩的平衡状态。4

(2)减小伞体载荷物阻力

采用NACA2415翼型，CD2从0.02缩减至0.01，翼伞稳定飞行时各项参数随安装角的变化情况如图6所示。

由图6可知，载荷物阻力的减小仅提升了升阻比，对稳定滑翔的迎角、速度、伞绳拉力几乎没有影响。这主要是由于载荷物更靠近系统的重心，且其气动力偏小，因此它的变化基本不影响滑翔时力矩的平衡状态，仅改变了力的平衡状态。4