无人机的空气动力学基础（第三节）

       翼型和机翼升力系数

            机翼的效率受翼型的影响最大，在一定程度上是受翼型弯度和厚度的影响。
 

       飞行器的机身和其他相似外形的部件也能产生一些微小的升力，大小取决于它们的外形和迎角。对于航天飞行的载人飞行器，专门设计了一个没有机翼的“升力体”，但对于通常的飞行器来说，机体对升力的贡献几乎是可以忽略的。然而，机身确实会产生一些与升力可以比较的力，它影响着飞行器的稳定性，而且其总是与使飞行器处于给定迎角下的安定面的配平作用力相反。相似的横侧向不稳定扰动由垂直安定面来阻止，它是一个与机身成直角安装的小型的翼面，能产生侧向力来纠正飞行器的偏航和侧滑。
       为方便起见，空气动力学家们将所有的非常复杂的机翼外形和配平等因素汇总简化成一个系数，即升力系数，这个系数可以说明一个飞行器或其任意部件产生升力的情况。一个大小为1.3的升力系数CL，表明它将比CL=1.0或CL=0.6时产生更大的升力，而CL=0时则表明没有升力产生。CL没有量纲，它是一个为了比较个计算而被抽象的量。
       对于水平飞行，飞行器产生的总升力等与总重力，所以可以写出下式：
       总升力=总重力；
       或L=Wg；
       作用力=反作用力。
       式中，W 为飞行器重力（kg）；g为重力加速度。
       这个公式在飞行器下滑或是爬升过程中是不适用的。影响升力的因素是飞行器的尺寸或面积、飞行速度、空气密度以及CL等。这些因素中的任何一个增加，比如说更大的面积、更快的速度、更高的密度或更高的升力系数，都能产生更大的升力。所以，当用公式表示升力时，希望这些因素都能体现在公式里面，用数学语言表示，即升力是ρ、ν、S和CL的函数。
       18世纪，在基本力学原理的基础上，伯努利做出开创性的工作，给出升力的标准公式，可以表示为：
 

L=1/2×ρ×v²×S×CL

      一个水平的飞行器，升力必须等于重力。如果飞行器的重力增加了（或者说生产出来的飞行器比预计的要重些），所需要的升力也必须增加，公式右边的一个或多个参数值就必须增加。
       我们无法控制空气ρ，但飞行器可以通过增大机翼迎角获得更高的CL来重新配平，也可以增加机翼面积S，尽管这可能会增加飞行器的重量并且可能导致飞行速度的增加。由于飞行速度v，在公式中是以平方的形式出现的，在其他参数不变的条件下，v的小幅度增加会导致升力的大幅增加。根据这个公式，在给定面积、配平等情况下，一个较重的飞行器需要比较轻的飞行器飞得快才行。但是增加速度意味着消耗更多的能量，而且在某些情况下，飞行器发动机可能提供不了足够的动力来保证飞行。此时，如果从一定高度放飞飞行器，它将会以某个角度下滑，就像滑翔机一样（即使它的发动机处于最大状态）。