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地效飞机是一种利用地面效应原理,在贴近地面或水面极低高度飞行的特殊飞行器。它具有飞行高度极低、燃油效率高、载重能力强等特点,主要应用于海上运输、军事侦察和救援任务等领域。
地面效应是指飞行器在接近地面时产生的空气动力学现象。当飞行器高度小于机翼弦长时,地面会影响机翼周围的气流,导致升力增加、阻力减小。这种效应的强度与飞行高度成反比,在高度为半个弦长时最为明显,可使升力系数增加百分之十到四十,诱导阻力减少百分之二十到五十。
地面效应的核心机制在于地面对翼尖涡流的影响。正常飞行时,机翼上下表面的压力差会在翼尖形成强烈的螺旋涡流,产生诱导阻力。当飞行器接近地面时,地面阻止了涡流的完全形成,大大减弱了涡流强度,从而显著降低诱导阻力,同时增加了机翼的有效迎角。
地面效应通过改变机翼周围的压力分布来提升升阻比。在地效作用下,机翼下表面压力增加,上表面压力进一步降低,使升力系数增加百分之十五到四十。同时,翼尖涡流的减弱显著降低了诱导阻力,阻力系数减少百分之二十到五十。这种双重效应使升阻比提升百分之三十到六十,巡航功率可降低百分之二十五到四十五。
地效飞机的设计针对地面效应进行了专门优化。采用大展弦比机翼,通常大于8,以最大化地效收益。机翼安装高度极低,离地距离小于半个弦长。翼型设计经过特殊优化,厚度比控制在百分之十二到十五。此外还配备端板或翼梢小翼来进一步减少翼尖涡流,这些设计特点共同确保了地效飞机能够充分利用地面效应,实现高效飞行。