空气动力学复习1.docx

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空气动力学复习1

空气动力学复习

一.大气物理

构成成分：

主要是氮气和氧气；

按体积计算：

氮气约78％；氧气约21％；其它约1％。

物理参数：

温度、压力、密度；

与飞行有关的其它参数：

粘性、压缩性、湿度、音速；

1.密度单位：

公斤/平方米;

大气密度随高度的变化规律:

高度升高,密度下降;近似指数变化;

2.温度单位：

摄氏温度C、华氏温度F、绝对温度K;

不同温度单位的对应公式：

C=（F-32）*5/9;K=C+273.15

大气温度与高度的关系，对流层每上升1000M，温度下降6.5摄氏度。

3.大气压力单位:

毫米汞柱,帕,平方英寸磅,平方厘米千克,

国际计量单位:

帕.

海平面15摄氏度时的大气压力:

几种表示单位,数值;

29.92inHg,760mmHg,1013.25hPa,14.6959psi,1.03323kg/cm2.

4.粘性：

特性;流体内两个流层接触面上或流体与物体接触面上产生相互粘滞和牵扯的力。

大气粘性主要是由于大气中各种气体分子不规则运动造成的.

气体的粘度系数随温度升高而增大；

没有粘性的流体称为理想流体。

5.可压缩性：

一定量的空气在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性；

6.湿度：

相对湿度：

大气中所含水蒸汽的量与同温度下大气能含有的水蒸气最大量之比。

温度越高，能含有的最大量越大，

露点温度：

大气中相对湿度为100%时的温度；

7.音速：

在同一介质中，音速的速度只与介质的温度有关；

大气中的音速：

V=20.1（T）1/2M/S

从地球表面到外层空间。

气层依次是：

对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层；对流层的高度：

极地8KM，中纬度11KM，赤道12KM.

2、空气动力学

1基本概念

1.1相对运动原理：

1.2.连续性假设：

1.3.流场、定流场、非定流场：

流场：

流体流动所占据的空间；

定常流：

流动微团流过时的流动参数（速度、压力、温度、密度等）不随时间变化的流动；

非定常流：

流动微团流过时的流动参数（速度、压力、温度、密度等）随时间变化的流动；

与之对应的流场称为定流场和非定流场。

1.4.流线、流线谱、流管和流量

流线----在流场中用来描绘流体微团流动状态的曲线；

流线谱---流场中用流线组成的描绘微团流动情况的图画；

流管：

流量：

体积流量

质量流量

2.基本规律

2.1连续方程

在定常流中，流体连续并稳定的在流管中流动，通过流管各截面的质量流相等；

2.2伯努利方程

使用条件：

不可压缩的、理想的流体；

数学表达式：

流管截面积、流速、静压的变化关系：

3.机体几何外形和参数

3.1机翼的几何外形和参数

机翼的翼型、平面形状、机翼相对机身的安装位置

翼型参数：

弦线、弦长，厚度、相对厚度

描写翼型的重要参数：

相对厚度、最大厚度的位置；翼型弯度和最大弯度位置；

翼型可以用弯度特征、厚度特征、前缘半径、后缘角等参数描写；

展弦比：

后掠角：

低亚音速飞机翼型：

目前民航运输飞机机翼翼型相对厚度以及最大厚度位置、展弦比、后掠角。

相对厚度:

8%----16%;

最大厚度位置:

35%-----50%;

展弦比:

7---8；

后掠角：

1/4弦线后掠角300

机翼的安装角：

机翼弦线与机身纵轴线之间所夹的锐角叫做机翼的安装角；

纵向上反角：

机翼安装角与水平尾翼安装角之差

4.作用在飞机上的空气动力

描述飞机机翼产生升力的原理：

上下翼面气流变化，压力变化，压力差。

总空气动力：

飞机飞行时作用在飞机各部件上的空气动力的合力R；

压力中心：

总空气动力R的作用点；

升力：

总空气动力在垂直来流方向上的分量L；

阻力：

总空气动力平行来流方向上的分量D。

机翼上的空气动力：

机翼压力中心：

的作用点；机翼上总空气动力作用线与翼弦的交点；

阻力：

与升力有关：

诱导阻力；

废阻力：

摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力；

驻点：

机翼前缘，气流速度减小到0，正压达到最大值；

最低压力点：

机翼上表面，气流速度最大，负压达到最大值；

气体在机体表面的流动状态：

附面层：

在机体表面沿机体表面法线方向，流速由零逐渐增加到外界气流流速的薄薄的空气层；

沿机体表面到附面层边界的距离叫做附面层的厚度；

沿机体表面流动距离越长附面层厚度越厚；

附面层的两种流动状态：

层流附面层、紊流附面层；

层流附面层：

流体微团层次分明，上下各层之间微团相互不混淆；

紊流附面层：

流体微团层次不分明，上下乱串，互相掺和。

转捩：

附面层由层流状态转变为紊流状态；

转变原因：

距离长，附面层变厚，分层流动不稳定。

机体表面干扰。

附面层分离：

顺压梯度：

前面流体的压力的；后面的压力小；驻点到最低压力点之间；

逆压梯度：

流体后面的压力大，前面的压力小，最低压力点之后；

在逆压的作用下，阻止流体的向后移动，形成倒流，与顺流相撞，拱起顺流，脱离机体表面。

摩擦阻力：

原因，流体粘性，

大小因素：

附面层状态，紊流层大于层流层，流体与机体的接触面面积，机体表面的光洁程度；

方法（措施）：

1.翼型形状。

层流翼型的特点；前缘半径小，最大厚度位置靠后，约50%的位置；气流流过这种翼型时，压力分布比较平坦，最低压力点位置后移，顺流区域扩大，在大范围内保持层流附面层，减小附面层增厚的趋势，延缓转捩。

2.机翼表面安装气动装置，加大附面层内流体速度，

3.保持机体表面光滑；减少接触面积。

压差阻力：

机体前后压力差形成的阻力，

方法：

减小机体迎风面积，机体形状---流线体，

暴露部件流线形状；

机体部件平行于流体方向安装；

干扰阻力：

流体经过机体部件结合部处，相互干扰产生的阻力；

整体机体的阻力大于飞机各部件阻力之和。

方法：

合理安排各部件之间的相对位置，部件结合处安装整流罩，使结合部位光滑，减小流管的收缩和扩张。

诱导阻力：

机翼产生升力的同时，升力向后倾斜，向后的分量，

下洗气流；

上下翼面流线的偏斜，下翼面翼根流向翼尖，上翼面翼尖流向翼根；

下翼面在翼尖处上反，流到上翼面，形成翼尖涡流。

方法：

采用诱导阻力小的机翼平面形状，椭圆、梯形等，加大机翼展弦比；安装翼捎小翼；

升力曲线、阻力曲线、极曲线

升力系数与迎角的关系

阻力系数与迎角的关系

极曲线表明升力系数、阻力系数与迎角的关系的曲线，也称升阻特性曲线

性质角：

升力线与总空气动力线之间的夹角

失速速度：

机翼压力中心与焦点

焦点是机翼迎角改变时，机翼气动升力的增量的作用点；

位置表示：

压力中心和焦点位置变化情况：

在一定迎角范围内，迎角大，压力中心前移，迎角小，后移；

焦点：

低速飞行时，保持25%不变；

机翼积冰对飞行的影响

1.改变翼型：

升力系数减小；临界迎角最大升力系数小；

2.表面光洁：

摩擦阻力，压差阻力加大；

螺旋桨的副作用

螺旋桨的进动：

类似陀螺的运动，上升下降运动导致飞机偏转，左右转向导致抬头或低头；

反作用力矩：

作用力与反作用力，横滚；

滑流的扭转作用：

气流向后，同时顺螺旋桨运动方向的运动，飞机偏转。

不对称拉力：

一侧的桨叶迎角变大另一侧变小，

空气动力学高速飞行的特点

1.空气的可压缩性和飞行马赫数

可压缩性：

指一定量的空气在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性。

音速的大小看成是表示介质可压缩性大小的一个指标，音速越大，表明介质的可压缩性越小；

对于同一介质，音速只和介质的温度有关。

飞机飞行的马赫数

MA=V/A

MA-------马赫数，为无量纲的量

V----------飞机与相对气流的速度

A----------当地的音速

2.气流流动的加速、减速特性

当M>1时，空气密度的变化大于流速的变化，为了保持质量流量不变，流管的截面积必须加大。

拉瓦尔喷管：

先收缩后扩张的流管；

要想获得超音速气流，截面积应该先减后增

马赫锥：

通过机头坐个扰动波波面的切线，切线形成的圆锥体；

sinμ=a/v

激波：

飞机以音速或超音速飞行时，对空气产生强烈的压缩，就会在机头前面形成一层薄薄的稠密的空气层，既激波。

气流通过激波后空气参数要发生剧烈的变化：

速度下降，温度、压力、密度上升；

膨胀波：

超音速气流流过外折角的物体表面时：

流管变粗、流速加快、压力下降；

引起气流膨胀加速的扇形波叫做膨胀波；

临界马赫数和临界速度

当飞机飞行马赫数小于1时，飞机机翼翼型最大厚度点附近局部气流速度达到了该处的局部音速，形成了等音速点，此时的飞机飞行马赫数叫做临界马赫数；飞机的飞行速度叫做临界飞行速度。

局部激波和激波分离

等音速点后部机翼厚度减小，流管扩张，气流加速，形成局部超音速区，，在超音速区后部气流仍然是亚音速气流；

亚音速气流区静压较大，对超音速区气流形成反压，在超音速和亚音速气流之间形成正激波。

称作局部激波。

逆压梯度引起附面层的分离叫做激波诱导附面层分离；

•压力中心位置随飞行M数的变化

飞机进入跨音速飞行阶段，机翼压力中心位置的变化较显著。

其变化规律是先后移，接着前移，而后又后移。

飞行M数超过临界M数后，机翼上表面首先出现了局部超音速区和局部激波。

随着M数的增大，激波后移，局部超音速区扩大。

局部超音速区位于机翼的中、后段，致使机翼压力中心位置向后移。

飞行M数再增大，机翼下表面也出现了局部超音速区和局部激波，由于下表面的局部激波靠后，并随着M数的增大迅速移至后缘，这就引起机翼下表面后半段吸力增大，产生负的附加升力，致使压力中心前移。

当表面局部激波移至后缘后，飞行M数继续增大，由于上表面局部激波继续后移。

超音速区扩大，后半部吸力增大，导致压力中心后移。

激波失速：

出现激波，引起阻力增加，升力下降，从而导致飞机失速，称为激波失速。

高速飞机气动外形的特点

薄翼型、后掠机翼、小展弦比机翼

后掠翼的优缺点：

提高飞机临界马赫数、减小波阻；

低速特性不好、失速特性不好、受力形式不好。

超临界翼型：

前缘半径较大，上翼面较平坦，后部略向下弯。

与层流型机翼相比跨音速气动特性比较好。