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航空模型的空气动力学--基础理论

航空模型的空气动力学--基础理论
航空模型的空气动力学--基础理论

模型飞机的空气动力学

第一章基础物理

本章介绍一些基本物理观念,在此只能点到为止,如果你在学校已上过了或没兴趣学,请跳过这一章直接往下看。

第一节速度与加速度

速度即物体移动的快慢及方向,我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞

加速度即速度的改变率,我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞,如果加速度是负数,则代表减速。

第二节牛顿三大运动定律

第一定律:除非受到外来的作用力,否则物体的速度(v)会保持不变。

没有受力即所有外力合力为零,当飞机在天上保持等速直线飞行时,这时飞机所受的合力为零,与一般人想象不同的是,当飞机降落保持相同下沉率下降,这时升力与重力的合力仍是零,升力并未减少,否则飞机会越掉越快。

第二定律:某质量为m的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力 F 并且发生在力的方向上。

此即著名的F=ma 公式,当物体受一个外力后,即在外力的方向产生一个加速度,飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力,于是产生向前的加速度,速度越来越快阻力也越来越大,迟早引擎推力会等于阻力,于是加速度为零,速度不再增加,当然飞机此时早已飞在天空了。

第三定律:作用力与反作用力是数值相等且方向相反。

你踢门一脚,你的脚也会痛,因为门也对你施了一个相同大小的力

第三节力的平衡

作用于飞机的力要刚好平衡,如果不平衡就是合力不为零,依牛顿第二定律就会产生加速度,为了分析方便我们把力分为X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度,飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞,升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产生,我们可以把力分解为两个方向的力,称x 及y 方向﹝当然还有一个z方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中﹞,飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反,故x方向合力为零,飞机速度不变,y方向升力与重力大小相同方向相反,故y方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞

行。

弯矩不平衡则会产生旋转加速度,在飞机来说,X轴弯矩不平衡飞机会滚转,Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰﹝如图1-2﹞。

第四节伯努利定律

伯努利定律是空气动力最重要的公式,简单的说流体的速度越大,静压力越小,速度越小,静压力越大,这里说的流体一般是指空气或水,在这里当然是指空气,设法使机翼上部空气流速较快,静压力则较小,机翼下部空气流速较慢,

静压力较大,两边互相较力﹝如图1-3﹞,于是机翼就被往上推去,然后飞机就

飞起来,以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走,一个流经机翼的上缘,另一个流经机翼的下缘,两个质点应在机翼的后端相会合﹝如图

1-4﹞,经过仔细的计算后发觉如依上述理论,上缘的流速不够大,机翼应该无

法产生那么大的升力,现在经风洞实验已证实,两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图

1-5﹞。

我曾经在杂志上看过某位作者说飞机产生升力是因为机翼有攻角,当气流

通过时机翼的上缘产生”真空”,于是机翼被真空吸上去﹝如图1-6﹞,他的真

空还真听话,只把飞机往上吸,为什么不会把机翼往后吸,把你吸的动都不能动,还有另一个常听到的错误理论有时叫做子弹理论,这理论认为空气的质点如同子弹一般打在机翼下缘,将动量传给机翼,这动量分成一个往上的分量于是产生升

力,另一个分量往后于是产生阻力﹝如图1-7﹞,可是克拉克Y翼及内凹翼在攻

角零度时也有升力,而照这子弹理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子弹”,应该产生向下的力才对啊,所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。

伯努利定律在日常生活上也常常应用,最常见的可能是喷雾杀虫剂了﹝如图1-8﹞,当压缩空气朝A点喷去,A点附近的空气速度增大静压力减小,B点的大气压力就把液体压到出口,刚好被压缩空气喷出成雾状,读者可以在家里用杯子跟吸管来试验,压缩空气就靠你的肺了,表演时吸管不要成90度,倾斜一点点,以免空气直接吹进管内造成皮托管效应,效果会更好。

第一节翼型介绍

飞机最重要的部分当然是机翼了,飞机能飞在空中全靠机翼的浮力,机翼的剖面称之为翼型,为了适应各种不同的需要,航空前辈们发展了各种不同的翼

型,从适用超音速飞机到手掷滑翔机的翼型都有,翼型的各部名称如﹝图3-1﹞,100年来有相当多的单位及个人做有系统的研究,与模型有关的方面比较重要的发展机构及个人有:

1NACA:国家航空咨询委员会即美国太空总署﹝NASA﹞的前身,有一系列之翼型研究,比较有名的翼型是”四位数”翼型及”六位数”翼型,其中”六位数” 翼型是层流翼。

2易卜拉:易卜拉原先发展滑翔机翼型,后期改研发模型飞机翼型。

3渥特曼:渥特曼教授对现今真滑翔机翼型有重大贡献。

4哥庭根:德国一次大战后被禁止发展飞机,但滑翔机没在禁止之列,所以哥庭根大学对低速﹝低雷诺数﹞飞机翼型有一系列的研究,对遥控滑翔机及自由飞﹝无遥控﹞模型非常适用。

5班奈狄克:匈牙利的班奈狄克翼型是专门针对自由飞模型,有很多翼型可供选择。

有些翼型有特殊的编号方式让你看了编号就大概知道其特性,如NACA2412,第一个数字2代表中弧线最大弧高是2%,第二个数字4代表最大弧高在前缘算起40%的位置,第三、四数字12代表最大厚度是弦长的12%,所以NACA0010,因第一、二个数字都是0,代表对称翼,最大厚度是弦长的10%,但要注意每家命名方式都不同,有些只是单纯的编号。

因为翼型实在太多种类了,一般人如只知编号没有坐标也搞不清楚到底长什么样,所以在模型飞机界称呼翼型一般常分成以下几类﹝如图3-2﹞:

1全对称翼:上下弧线均凸且对称。

2半对称翼:上下弧线均凸但不对称。

3克拉克Y翼:下弧线为一直线,其实应叫平凸翼,有很多其它平凸翼型,只是克拉克Y翼最有名,故把这类翼型都叫克拉克Y翼,但要注意克拉克Y翼也有好几种。

4S型翼:中弧线是一个平躺的S型,这类翼型因攻角改变时,压力中心较不变动,常用于无尾翼机。

5内凹翼:下弧线在翼弦在线,升力系数大,常见于早期飞机及牵引滑翔机,所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。

6其它特种翼型。

以上的分类只是一个粗糙的分类,在观察一个翼型的时候,最重要的是找出它的中弧线,然后再看它中弧线两旁厚度分布的情形,中弧线弯曲的方式、程度大至决定了翼型的特性,弧线越弯升力系数就越大,但一般来说光用眼睛看非常不可靠,克拉克Y翼的中弧线就比很多内凹翼还弯。

第二节飞行中之阻力

如何减少阻力是飞机设计的一大难题,飞行中飞机引擎的推力全部用来克服阻力,如果可以减少阻力则飞机可以飞得更快,不然可以把引擎改小减少重量及耗油量,拿现代私人小飞机与一次大战战斗机相比,引擎大约都差不多一百多匹马力,现代私人小飞机光洁流线的机身相对于一次大战战斗机整架飞机一堆乱七八糟的支柱与张线,现代飞机速度几乎是它前辈的一倍,所以减少阻力是我们设计飞机时需时时刻刻要注意的,我们先要了解阻力如何产生,一架飞行中飞机阻力可分成四大类:

1磨擦阻力:空气分子与飞机磨擦产生的阻力,这是最容易理解的阻力但不很重要,只占总阻力的一小部分,当然为减少磨擦阻力还是尽量把飞机磨光。

2形状阻力:物体前后压力差引起的阻力,平常汽车广告所说的风阻系数就是指形状阻力系数﹝如图3-3﹞,飞机做得越流线形,形状阻力就越小,尖锥状

的物体形状阻力不见得最小,反而是有一点钝头的物体阻力小,读者如果有机会看到油轮船头水底下那部分,你会看到一个大头,高级滑翔机大部分也有一个大头,除了提供载人的空间外也是为了减少形状阻力。

3诱导阻力:机翼的翼端部因上下压力差,空气会从压力大往压力小的方向移动,部份空气不会规规矩矩往后移动,而从旁边往上翻,因而在两端产生涡流

﹝如图3-4﹞,因而产生阻力,这现象在飞行表演时,飞机翼端如有喷烟时可看得非常清楚,你可以注意涡流旋转的方向﹝如图3-5﹞,﹝图3-6﹞是

NASA的照片,可看见壮观的涡流,因为这种涡流延伸至水平尾翼时,从水平尾翼的观点气流是从上往下吹,因此会减小水平尾翼的攻角,也就是说

水平尾翼的攻角实际会比较小,﹝图3-6﹞只不过是一架小飞机,如像类似

747这种大家伙起飞降落后,小飞机要隔一阵子才能起降,否则飞入这种涡流,后果不堪设想,这种阻力是因为涡流产生,所以也称涡流阻力。

4寄生阻力:所有控制面的缝隙﹝如主翼后缘与副翼间﹞、主翼及尾翼与机身接合处、机身开孔处、机轮及轮架、拉杆等除本身的原有的阻力以外,另外

衍生出来的阻力﹝如图3-7,3-8﹞。

一架飞机的总阻力就是以上四种阻力的总合,但飞机的阻力互相影响的,以上的分类只是让讨论方便而已,另外诱导阻力不只出现在翼端,其它舵面都会产生,只是翼端比较严重,磨擦阻力、形状阻力、寄生阻力与速度的平方成正比,速度

越快阻力越大,诱导阻力则与速度的平方成反比﹝如图3-9﹞,所以要减少阻力

的话,无动力飞机重点在减少诱导阻力,高速飞机重点在减少形状阻力与寄生阻力。

第三节翼面负载

翼面负载就是主翼每单位面积所分担的重量,这是评估一架飞机性能很重要的指

针,模型飞机采用的单位是每平方公寸多少公克﹝g/dm2﹞,实机的的单位则是

每平方公尺多少牛顿﹝N/m2﹞,翼面负载越大意思就是相同翼面积要负担更大的重量,如果买飞机套件的话大部分翼面负载都标示在设计图上,计算翼面负载很简单,把飞机﹝全配重量不加油﹞秤重以公克计,再把翼面积计算出来以平方公寸计﹝一般为简化计算,与机身结合部分仍算在内﹞两个相除就得出翼面负载,例如一架30级练习机重1700公克,主翼面积30平方公寸,则翼面负载为56.7 g/dm2。

练习机一般在50~70左右,特技机约在60~90,热气流滑翔机30~50,像真机110以内还可忍受,牵引滑详机约12~15左右,我在新店市白马飞行场看过一对兄弟飞一架自己设计的大嘴鸟,翼面负载130,但也飞的很漂亮,总括来说,翼面负

载太大的话,起飞滑行时老牛破车慢慢加速,好不容易起飞后飞行转弯时千万不要减速太多﹝弯要转大一点﹞,否则很容易失速,降落速度超快,滑行一大段距离才停的住。

说到这里稍微离题一下,我常在飞行场听到有人说重的飞机飞的比较快,我们来验证一下看这说法正不正确,一架飞机引擎的马力假设是P,从物理课本可知

P=FV,F是力,V是速度,飞机在水平直线飞行时F就是阻力的总合,因P是定值﹝不考虑螺旋桨效率﹞,所以飞机极速只跟阻力F有关,同一型飞机理论上速度应一样,但假设其中一架用的木头比较重,平飞时比较重的飞机翼面负载大攻角要比较大,因而阻力F比较大,所以速度V就比较小,所以重的飞机不可能

飞得比较快,要使飞机飞的快应该要减少阻力才对,重的飞机代价很大,加速及爬升慢、极速也慢,动作不灵活,比较容易失速,好处只是比较抗侧风,俯冲时比较快。

第四节雷诺数与失速

机翼的升力随攻角的增大而增加,攻角就是翼弦线与气流的夹角﹝如图3-10﹞,攻角为零度时对称翼此时不产生升力,但克拉克Y翼及内凹翼仍有升力,后二种翼型要负攻角才不产生升力,不产生升力的攻角叫零升攻角﹝如图3-11﹞,所以对称翼的零升攻角就是零度,谁都知道攻角增加有一个上限,超过这上限就要

失速,那机翼什么时候会失速呢?﹝图3-12a﹞是飞机正常飞行时流经机翼的气流,﹝图3-12b﹞是飞机失速时的气流,这时上翼面产生强烈乱流,直接的结果

是阻力大增,而且气流冲击上翼面,使升力大减,于是重力主控这架飞机,就是摔下去啦,那我们想事先知道机翼什么时候会失速,这就有需要知道雷诺数,雷

诺数原始公式是:

Re=ρ?V?b/μ

Re=ρ?V?b/μρ是空气密度、V是气流速度、b是翼弦长、μ黏性系数。

因对模型飞机而言空气密度与黏性系数是定值,因为你不会飞很高故空气密度不变,而且你不会飞到水里故黏性系数不变,故以上公式可简化为:

Re=68500?V?b V单位是公尺/秒b是公尺。

一架练习机譬如说时速90公里﹝每秒25公尺﹞,翼弦24公分,雷诺数

=68500?25?0.24=411000,如果不是矩形翼的话,翼根与翼端弦长不一样,雷诺数当然不同。

雷诺数越大流经翼表面的边界层越早从层流边层过渡为紊流边界层,而紊流边界层不容易从翼表面分离,所以比较不容易失速,雷诺数小的机翼边界层尚未从层流边层过渡为紊流边界层时就先分离了,一般翼型的数据都会注明该数据是在雷诺数多大时所得,展弦比如没特别说明则是无限大,翼型资料上大都会告诉你雷诺数多少时在几度攻角失速,雷诺数越大越不容易失速﹝如图3-13﹞,一架飞机的失速角不是一定值,速度越慢时﹝雷诺数小﹞越容易失速,翼面负载越大时,因飞行时攻角较大也越容易失速,三角翼飞机翼弦都很大,所以雷诺数大,比较不容易失速。

实机在设计时都会设法在失速前使机翼抖动及操纵杆震动,或者在机翼上装置气流分离警告器,以警告驾驶员飞机即将失速,模型飞机一般都没什么征兆,初学降落时大部分的人都有这痛苦的经验,因进场时作了太多的修正,耗掉了太多速度,说时迟那时快飞机一下子就摔下来,从此一连好几个月进场速度都超快,降落时不是海豚跳个三、四次就是把两百公尺跑道用完还不够。

第五节展弦比

从雷诺数的观点机翼越宽、速度越快越好,但我们不要忘了阻力,短而宽的机翼诱导阻力会吃掉你大部分的马力,也许读者反应很快,诱导阻力不是与速度平方成反比吗?我们只要飞得够快诱导阻力就不是问题了,但很可惜速度快的话形状阻力也会与速度平方成正比增大,还有所有飞机迟早都要降落,降落时考虑跑道长度、安全性等,实机的话还有轮胎的磨耗,我们需要一个合理降落速度,总不能要求一架模型飞机以时速100公里降落吧,那跑道要长得吓人,而且没几个人对得准,火箭、飞弹飞的很快而且不用考虑降落,所以展弦比都很低,飞机则要有适合的展弦比,展弦比A就是翼展L除以平均翼弦b(A=L/b),L与b单位都是公分,如果不是矩形翼的话我们把右边上下乘以L,得A=L2/ S,S是主翼面积,单位是平方公分,这样省得求平均翼弦,一般适合的展弦比在5~7左右,超过8以上要特别注意机翼的结构,不要一阵风就断了,我作过展弦比10的飞机,手投掷起飞的一剎那,机翼受风弯成U形,非常漂亮﹝如图3-14﹞,滑翔机实机的展弦比有些高达30以上,还曾经出现过套筒式的机翼,翼展可视需要伸长或缩短。

如前所述磨擦阻力、形状阻力与速度的平方成正比,速度越快阻力越大,诱导阻力则与速度的平方成反比,所以高速飞机比较不考虑诱导阻力,所以展弦比低,滑翔机速度慢,采高展弦比以降低诱导阻力,最典型的例子就是U2﹝如图3-15﹞跟F104﹝如图3-16﹞,U2为高空侦察机,为长时间翱翔,典型出一次任务约10~12小时,U2展弦比为10.5,F104为高速拦截机,速度达2倍音速以上,展弦比4.5,自然界也是如此,信天翁为长时间遨翔,翅膀展弦比高,隼为掠食性动物,为求

高速、灵活,所以展弦比低。

滑翔机没有动力,采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法,展弦比高的机翼一般翼弦都比较窄,雷诺数小,所以要仔细选择翼型,避免过早失速,另外高展弦比代表滚转的转动惯量大,所以也不要指望做出滚转的特技了。

飞惯特技机的人看到遥控滑翔机时常常好奇,为什么主翼面积那么大,偏偏机身短而且尾翼面积相对很小,会很担心升降操作会有问题,其实这是展弦比的另外一个特性,就是高展弦比时,攻角增加时升力系数增加会比低展弦比的机翼快﹝如图3-17﹞,低展弦比机翼升力系数在攻角更大时才到达最大值,所以高展弦

比的滑翔机并不须要大尾翼就可以操纵升降。

第六节翼端处理

一个机翼不可能无限长,一定有端点,我们现在知道翼端是很多问题的根源,翼前缘有点后掠的飞机,因几何形状的关系,翼前缘的气流不但往后走而且往外流

﹝如图3-18﹞,使翼端气流更复杂,于是有各式各样的方法来减少诱导阻力,常

见的有:

1整形1:把翼端整成圆弧状,尽点人事,模型飞机最常见的方式﹝如图3-19﹞。

2整形2:把下翼面往上整形,希望涡流尽量离开翼端,特技机magic及一次大战像真机常用﹝如图3-20﹞。

3整形3:把翼端装上油箱或电子战装备,顺便隔离气流,不让它往上翻,希望一举两得,如T-33﹝如图3-21﹞。

1第一章 空气动力学基础知识复习过程

1第一章空气动力学 基础知识

第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 1.1 大气层和标准大气 1.1.1 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系,为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用,首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质,可以把大气层分为五层:即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里,在赤道约17公里,在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降,并且由于地球对大气的引力作用,在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三,因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒,所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外,由于地形和地面温度的影响,对流层内不仅有空气的水平流动,还有垂直流动,形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组 成成分保持不变。 仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢1

从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中,空气只有水平方向的流动,没有雷雨等现象,故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变,在同一纬度处可以近似看作常数,常年平均值为摄氏零下56.5度,所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些,所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内,而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧,大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中,温度先随高度增加而上升,后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子),它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到1 000℃,所以又称为热层。高度在150公里以上时,由于空气非常稀薄,已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间,这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ,是大气的最外一层,因此也称之为“外层大气”。 1.1.2 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括:温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。 气体的压强p是指气体作用于容器内壁的单位面积上的正压力。大气的压强是指大气垂直地作用于物体表面单位面积上的力。 仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢2

空气动力学基础及飞行原理

M8空气动力学基础及飞行原理 1、绝对温度的零度是 A、-273℉ B、-273K C、-273℃ D、32℉ 2、空气的组成为 A、78%氮,20%氢和2%其他气体 B、90%氧,6%氮和4%其他气体 C、78%氮,21%氧和1%其他气体 D、21%氮,78%氧和1%其他气体 3、流体的粘性系数与温度之间的关系是? A、液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B、气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C、液体的粘性系数与温度无关。 D、气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4、空气的物理性质主要包括A、空气的粘性 B、空气的压缩性 C、空气的粘性和压缩性 D、空气的可朔性 5、下列不是影响空气粘性的因素是 A、空气的流动位置 B、气流的流速 C、空气的粘性系数 D、与空气的接触面积 6、气体的压力

、密度<ρ>、温度三者之间的变化关系是 A、ρ=PRT B、T=PRρ C、P=Rρ/ T D、P=RρT 7、在大气层内,大气密度 A、在同温层内随高度增加保持不变。 B、随高度增加而增加。 C、随高度增加而减小。 D、随高度增加可能增加,也可能减小。 8、在大气层内,大气压强 A、随高度增加而增加。 B、随高度增加而减小。 C、在同温层内随高度增加保持

不变。 D、随高度增加可能增加,也可能减小。 9、空气的密度 A、与压力成正比。 B、与压力成反比。 C、与压力无关。 D、与温度成正比。 10、影响空气粘性力的主要因素: A、空气清洁度 B、速度剃度 C、空气温度 D、相对湿度 11、对于空气密度如下说法正确的是 A、空气密度正比于压力和绝对温度 B、空气密度正比于压力,反比于绝对温度 C、空气密度反比于压力,正比于绝对温度 D、空气密度反比于压力和绝对温度 12、对于音速.如下说法正确的是: A、只要空气密度大,音速就大 B、只要空气压力大,音速就大 C、只要空气温度高.音速就大 D、只要空气密度小.音速就大 13、假设其他条件不变,空气湿度大 A、空气密度大,起飞滑跑距离长 B、空气密度小,起飞滑跑距离长 C、空气密度大,起飞滑跑距离短 D、空气密度小,起飞滑跑距离短 14、一定体积的容器中,空气压力 A、与空气密度和空气温度乘积成正比 B、与空气密度和空气温度乘积成反比 C、与空气密度和空气绝对湿度乘积成反比 D、与空气密度和空气绝对温度乘积成正比 15、一定体积的容器中.空气压力 A、与空气密度和摄氏温度乘积成正比

航模的基本原理和基本知识

一、航空模型的基本原理与基本知识 1)航空模型空气动力学原理 1、力的平衡 飞行中的飞机要求手里平衡,才能平稳的飞行。如果手里不平衡,依牛顿第二定律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞。升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产生,我们可以把力分解为两个方向的力,称x及y方向﹝当然还有一个z方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中﹞,飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反,故x方向合力为零,飞机速度不变,y方向升力与重力大小相同方向相反,故y方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞行。 图1-1 飞机会偏航、Z 图 2 在这里当然是指空气,设法使机翼上部空气流速较快,静压 1-3﹞,于是机翼就被往上 一个流经机翼的上缘,另一个流经机翼的下缘,两个质点应在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞,经过仔细的计算后发觉如依上述理论,上缘的流速不够大,机翼应该无法产生那么大的升力,现在经风洞实验已证实,两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图1-5﹞。? 图1-3 图1-4 图1-5 3、翼型的种类

1全对称翼:上下弧线均凸且对称。 2半对称翼:上下弧线均凸但不对称。 3克拉克Y翼:下弧线为一直线,其实应叫平凸翼,有很多其它平凸翼型,只是克拉克Y翼最有名,故把这类翼型都叫克拉克Y翼,但要注意克拉克Y翼也有好几种。 4S型翼:中弧线是一个平躺的S型,这类翼型因攻角改变时,压力中心较不变动,常用于无尾翼机。 5内凹翼:下弧线在翼弦在线,升力系数大,常见于早期飞机及牵引滑翔机,所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。 基本航模的翼型选测规律: 2厚的翼型阻力大,但不易失速。 6 4、飞行中的阻力 一架飞行中飞机阻力可分成四大类: 1磨擦阻力:空气分子与飞机磨擦产生的阻力,这是最容易理解的阻力但不很重要,只占总阻力的一小部分,当然为减少磨擦阻力还是尽量把飞机磨光。 2形状阻力:物体前后压力差引起的阻力,平常汽车广告所说的风阻系数就是指形状阻力系数﹝如图3-3﹞,飞机做得越流线形,形状阻力就越小,尖锥状的物体形状阻力不见得最小,反而是有一点钝头的物体阻力小,读者如果有机会看到油轮船头水底下那部分,你会看到一个大

空气动力学基本概念

第一章 一、大气的物理参数 1、大气的(7个)物理参数的概念 2、理想流体的概念 3、流体粘性随温度变化的规律 4、大气密度随高度变化规律 5、大气压力随高度变化规律 6、影响音速大小的主要因素 二、大气的构造 1、大气的构造(根据热状态的特征) 2、对流层的位置和特点 3、平流层的位置和特点 三、国际标准大气(ISA) 1、国际标准大气(ISA)的概念和基本内容 四、气象对飞行活动的影响 1、阵风分类对飞机飞行的影响(垂直阵风和水平阵风*) 2、什么是稳定风场? 3、低空风切变的概念和对飞行的影响 五、大气状况对飞机机体腐蚀的影响 1、大气湿度对机体有什么影响? 2、临界相对湿度值的概念 3、大气的温度和温差对机体的影响 第二章 1、相对运动原理 2、连续性假设 3、流场、定常流和非定常流 4、流线、流线谱、流管 5、体积流量、质量流量的概念和计算公式。 二、流体流动的基本规律 1、连续方程的含义和几种表达式(注意适用条件) 2、连续方程的结论:对于低速、不可压缩的定常流动,流管变细,流线变密,流速变快;流管变粗,流线变疏,流速变慢。 3、伯努利方程的含义和表达式 4、动压、静压和总压 5、伯努利方程的结论:对于不可压缩的定常流动,流速小的地方,压力大;而流速大的地方压力小。(这里的压力是指静压) 重点伯努利方程的适用条件:1)定常流动。2)研究的是在同一条流线上,或同一条流管上的不同截面。3)流动的空气与外界没有能量交换,即空气是绝热的。4)空气没有粘性,不可压缩——理想流体。 三、机体几何外形和参数 1、什么是机翼翼型; 2、翼型的主要几何参数; 3、翼型的几个基本特征参数 4、表示机翼平面形状的参数(6个) 5、机翼相对机身的角度(3个) 6、表示机身几何形状的参数四、作用在飞机上的空气动力 1、什么是空气动力? 2、升力和阻力的概念 3、应用连续方程和伯努利方程解释机翼产生升力的原理 4、迎角的概念 5、低速飞行中飞机上的废阻力的种类、产生的原因和减少的方法; 6、诱导阻力的概念和产生的原因和减少的方法; 7、附面层的概念、分类和比较;附面层分离的原因 8、低速飞行时,不同速度下两类阻力的比较 9、升力与阻力的计算和影响因素 10、大气密度减小对飞行的影响 11、升力系数和升力系数曲线(会画出升力系数曲线、掌握升力随迎角的变化关系,零升力迎角和失速迎角的概念) 12、阻力系数和阻力系数曲线 13、掌握升阻比的概念 14、改变迎角引起的变化(升力、阻力、机翼的压力中心、失速等) 15、飞机大迎角失速和大迎角失速时的速度 16、机翼的压力中心和焦点概念和区别 六、高速飞行的一些特点 1、什么是空气的可压缩性? 2、飞行马赫数的含义 3、流速、空气密度、流管截面积之间关系 4、对于“超音速流通过流管扩张来加速”的理解 5、小扰动在空气中的传播及其传播速度 6、什么是激波?激波的分类 7、气流通过激波后参数的变化 8、什么是波阻 9、什么是膨胀波?气流通过膨胀波后参数的变化 10、临界马赫数和临界速度的概念 11、激波失速和大迎角失速的区别 12、激波分离 13、亚音速、跨音速和超音速飞行的划分* 14、采用后掠机翼的优缺点比较 第三章 一、飞机重心、机体坐标和飞机在空中运动的自由度 1、机体坐标系的建立 2、飞机在空中运动的6个自由度 二、飞行时作用在飞机上的外载荷及其平衡方程 外载荷组成平衡力系的2个条件*: ①、外载荷的合力等于零(外载荷在三个坐标轴投影之和分别等于零)∑x = 0 ∑Y = 0 ∑Z = 0 ②、外载荷的合力矩等于零(外载荷对三个坐标轴力矩之和分别等于零) ∑Mx=0 ∑My= 0 ∑Mz= 0 1、什么是定常飞行和非定常飞行? 2、定常飞行时,作用在飞机上的载荷平衡条件和平衡方程组

1第一章 空气动力学基础知识

第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 1.1 大气层和标准大气 1.1.1 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系,为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用,首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质,可以把大气层分为五层:即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里,在赤道约17公里,在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降,并且由于地球对大气的引力作用,在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三,因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒,所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外,由于地形和地面温度的影响,对流层内不仅有空气的水平流动,还有垂直流动,形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组成成分保持不变。 从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中,空气只有水平方向的流动,没有雷雨等现象,故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变,在同一纬度处可以近似看作常数,常年平均值为摄氏零下56.5度,所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些,所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内,而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧,大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中,温度先随高度增加而上升,后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子),它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到 1 000℃,所以又称为热层。高度在150公里以上时,由于空气非常稀薄,已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间,这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ,是大气的最外一层,因此也称之为“外层大气”。 1.1.2 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括:温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。

航模的基本原理和基本知识

航模的基本原理和基本 知识 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

一、航空模型的基本原理与基本知识 1)航空模型空气动力学原理 1、力的平衡 飞行中的飞机要求手里平衡,才能平稳的飞行。如果手里不平衡,依牛顿第二定律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞。升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产生,我们可以把力分解为两个方向的力,称 x 及 y 方向﹝当然还有一个z方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中﹞,飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反,故x方向合力为零,飞机速度不变,y方向升力与重力大小相同方向相反,故y方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞行。 图1-1 弯矩不平衡则会产生旋转加速度,在飞机来说,X轴弯矩不平衡飞机会滚转,Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰﹝如图1-2﹞。 图1-2 2、伯努利定律 伯努利定律是空气动力最重要的公式,简单的说流体的速度越大,静压力越小,速度越小,静压力越大,流体一般是指空气或水,在这里当然是指空气,设法使机翼上部空气流速较快,静压力则较小,机翼下部空气流速较慢,静压力较大,两边互相较力﹝如图1-3﹞,于是机翼就被往上推去,然后飞机就飞起来,以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走,一个流经机翼的上缘,另一个流经机翼的下缘,两个质点应

在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞,经过仔细的计算后发觉如依上述理论,上缘的流速不够大,机翼应该无法产生那么大的升力,现在经风洞实验已证实,两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图1-5﹞。 图1-3 图1-4 图1-5 3、翼型的种类 1全对称翼:上下弧线均凸且对称。 2半对称翼:上下弧线均凸但不对称。 3克拉克Y翼:下弧线为一直线,其实应叫平凸翼,有很多其它平凸翼型,只是克拉克Y 翼最有名,故把这类翼型都叫克拉克Y翼,但要注意克拉克Y翼也有好几种。 4S型翼:中弧线是一个平躺的S型,这类翼型因攻角改变时,压力中心较不变动,常用于无尾翼机。 5内凹翼:下弧线在翼弦在线,升力系数大,常见于早期飞机及牵引滑翔机,所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。 基本航模的翼型选测规律: 1薄的翼型阻力小,但不适合高攻角飞行,适合高速机。 2厚的翼型阻力大,但不易失速。

航模基础知识空气动力学

航模基础知识空气动力学 一章基础物理 本章介绍一些基本物理观念,在此只能点到为止,如果你在学校已上过了或没兴趣学,请跳过这一章直接往下看。第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向,我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加速度即速度的改变率,我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞,如果加速度是负数,则代表减速。第二节牛顿三大运动定律第一定律:除非受到外来的作用力,否则物体的速度(v)会保持不变。没有受力即所有外力合力为零,当飞机在天上保持等速直线飞行时,这时飞机所受的合力为零,与一般人想象不同的是,当飞机降落保持相同下沉率下降,这时升力与重力的合力仍是零,升力并未减少,否则飞机会越掉越快。第二定律:某质量为m 的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力F 并且发生在力的方向上。此即著名的F=ma 公式,当物体受一个外力后,即在外力的方向产生一个加速度,飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力,于是产生向前的加速度,速度越来越快阻力也越来越大,迟早引擎推力会等于阻力,于是加速度为零,速度不再增加,当然飞机此时早已飞在天空了。第三定律:作用力与反作用力是数值相等且方向相反。你踢门一脚,你的脚也会痛,因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡,如果不平衡就是合力不为零,依牛顿第二定律就会产生加速度,为了分析方便我们把力分为X、Y、Z 三个轴力的平衡及绕X、Y、Z 三个轴弯矩的平衡。轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度,飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞,升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产生,我们可以把力分解为两个方向的力,称x 及y 方向﹝当然还有一个z 方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中﹞,飞机等速直线飞行时x 方向阻力与推力大小相同方向相反,故x 方向合力为零,飞机速度不变,y 方向升力与重力大小相同方向相反,故y 方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞 弯矩不平衡则会产生旋转加速度,在飞机来说,X 轴弯矩不平衡飞机会滚转, Y 轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z 轴弯矩不平衡飞机会俯 第四节伯努利定律 伯努利定律是空气动力最重要的公式,简单的说流体的速度越大,静压力 越小,速度越小,静压力越大,这里说的流体一般是指空气或水,在这里当然是 指空气,设法使机翼上部空气流速较快,静压力则较小,机翼下部空气流速较慢, 静压力较大,两边互相较力,于是机翼就被往上推去,然后飞机就 飞起来,以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走,一个流 经机翼的上缘,另一个流经机翼的下缘,两个质点应在机翼的后端相会合,经过仔细的计算后发觉如依上述理论,上缘的流速不够大,机翼应该无 法产生那么大的升力,现在经风洞实验已证实,两个相邻空气的质点流经机翼上 缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘 我曾经在杂志上看过某位作者说飞机产生升力是因为机翼有攻角,当气流 通过时机翼的上缘产生”真空”,于是机翼被真空吸上去﹝如图1-6﹞,他的真 空还真听话,只把飞机往上吸,为什么不会把机翼往后吸,把你吸的动都不能动, 还有另一个常听到的错误理论有时叫做***理论,这理论认为空气的质点如同子 弹一般打在机翼下缘,将动量传给机翼,这动量分成一个往上的分量于是产生升 力,另一个分量往后于是产生阻力﹝如图1-7﹞,可是克拉克Y 翼及内凹翼在攻 角零度时也有升力,而照这***理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子 弹”,应该产生向下的力才对啊,所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。 伯努利定律在日常生活上也常常应用,最常见的可能是喷雾杀虫剂了﹝如

空气动力学基础知识及飞行基础原理

-/ M8空气动力学基础及飞行原理 1、绝对温度的零度是 A、-273℉ B、-273K C、-273℃ D、32℉ 2、空气的组成为 A、78%氮,20%氢和2%其他气体 B、90%氧,6%氮和4%其他气体 C、78%氮,21%氧和1%其他气体 D、21%氮,78%氧和1%其他气体 3、流体的粘性系数与温度之间的关系是? A、液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B、气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C、液体的粘性系数与温度无关。 D、气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4、空气的物理性质主要包括 A、空气的粘性 B、空气的压缩性 C、空气的粘性和压缩性 D、空气的可朔性 5、下列不是影响空气粘性的因素是 A、空气的流动位置 B、气流的流速 C、空气的粘性系数 D、与空气的接触面积 6、气体的压力

、密度<ρ>、温度三者之间的变化关系是 A、ρ=PRT B、T=PRρ C、P=Rρ/ T D、P=RρT 7、在大气层内,大气密度 A、在同温层内随高度增加保持不变。 B、随高度增加而增加。 C、随高度增加而减小。 D、随高度增加可能增加,也可能减小。 8、在大气层内,大气压强 A、随高度增加而增加。 B、随高度增加而减小。 C、在同温层内随高度增加保持不变。

-/ D、随高度增加可能增加,也可能减小。 9、空气的密度 A、与压力成正比。 B、与压力成反比。 C、与压力无关。 D、与温度成正比。 10、影响空气粘性力的主要因素: A、空气清洁度 B、速度剃度 C、空气温度 D、相对湿度 11、对于空气密度如下说法正确的是 A、空气密度正比于压力和绝对温度 B、空气密度正比于压力,反比于绝对温度 C、空气密度反比于压力,正比于绝对温度 D、空气密度反比于压力和绝对温度 12、对于音速.如下说法正确的是: A、只要空气密度大,音速就大 B、只要空气压力大,音速就大 C、只要空气温度高.音速就大 D、只要空气密度小.音速就大 13、假设其他条件不变,空气湿度大 A、空气密度大,起飞滑跑距离长 B、空气密度小,起飞滑跑距离长 C、空气密度大,起飞滑跑距离短 D、空气密度小,起飞滑跑距离短 14、一定体积的容器中,空气压力 A、与空气密度和空气温度乘积成正比 B、与空气密度和空气温度乘积成反比 C、与空气密度和空气绝对湿度乘积成反比 D、与空气密度和空气绝对温度乘积成正比 15、一定体积的容器中.空气压力 A、与空气密度和摄氏温度乘积成正比 B、与空气密度和华氏温度乘积成反比 C、与空气密度和空气摄氏温度

航空模型培训教材(汇编)

航空模型活动培训教材 张洪涛 前言 少年儿童是祖国的未来,科学的希望。培养有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民,提高整个中华民族的思想道德素质和科学文化素质,必须从少年儿童抓起,必须从引导少年儿童开展有意义的实践活动抓起。 我们都想把少年儿童培养成21世纪的主人,问题是如何培养出适应时代要求的一代新人。广大的教师、家长,都面临着当代教育改革的挑战,都在探索着改革陈腐的教育观念,使教育真正面向现代化,面向世界,面向未来,从长远的目标着眼,从少年儿童的心理、智能实际情况出发,推动有益的教育活动。 科技活动已证明是课堂教育的补充、扩大和发展。尤其航模设计制作活动,它符合少年儿童好奇、好动、好胜的心理特征,活泼新颖,又富有时代气息,对少年儿童富有强烈的吸引力。通过航模活动,将使少年儿童接触到广阔的知识领域:从空气动力到材料结构等有关知识:从加工工艺到调整试飞等有关技能;从现实飞机到新型飞机的创造构思。航模活动的动手又动脑的特性,将带来很多可贵的特殊教育效果。少年儿童在实践活动中获得积极的情感体验,或通过自己的发现而享受创造的喜悦,或在克服困难获得成功中体察到自身的价值和满足感,这些无疑有利于培养少年儿童的自主、自立、自信、自强、自律等优秀的个性品格。尤其针对当前教育上存在的弊端和独生子女的现实情况,更具有它特殊的现实意义。 航模活动的实践性,不仅带来智能上的发展,而且有助于少年儿童树立远大的理想。少年儿童为了制作出一架预想的模型飞机,必须按客观规律办事,建立起科学的、求实的思想方法;必须有坚精品文档

定的意志和顽强的毅力,经受困难和挫折的考验;必须善于群体相处,善于学习别人的长处,建立起集体主义观念。在小小的航模兴趣小组活动中,会逐步学会正确的观察和分析,逐步提高思辨能力和认识水平,从而萌发出高尚的、理性的、为人民服务、为科学献身的远大理想和事业心。千里之行始于足下,这本教材虽然仅是一些浅显的航空模型资料,但它将引导你走向科技制作活动的大门,也将引导你爱科学、爱劳动,培养起善于动脑、动手和勇于进取的好品质,使自己德、智、体、美、劳全面发展,时刻准备着,为祖国美好的明天,为21世纪做出贡献! 一、航空模型概论 1、开展航模活动的作用和意义 航空模型是各种航空器模型的总称。它包括模型飞机和其他模型飞行器。航空模型活动从一开始就引起人们浓厚的兴趣,而且千百年来长盛不衰,主要原因就在于它在航空事业的发展和科技人才的培养方面起着十分重要的作用。 (1)航空模型是探索飞行奥秘的工具。 人类自古以来就幻想着飞行。昆虫、鸟禽、风吹起树叶和上升的炊烟,都曾引起过人类飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生药而飞上月宫的美妙故事。这反映了古人对飞行的追求和向往。 在载人的航空器出现之前,人类就创造了许多能飞行的航空模型,不断地探索着飞行的奥秘。距今2000多年前的春秋战国时期,我们的祖先就制作出能飞的木鸟模型。《韩非子》中记载着:“墨子为木鸢,三年而成,飞一日而败。”宋朝李鸢等人编的《太平御览》中也有“张衡尝作木鸟,假以羽翮,腹中施机,能飞数里”的记载。另外,还制作出种类繁多的孔明灯、风筝和竹蜻蜒等。 精品文档

空气动力学基础要点

空气动力学基础(教学重点) 绪论(1学时) 第一章流体静力学(5学时) 1、掌握连续介质假设的概念、意义和条件; 2、了解掌握流体的基本物理属性,尤其是易流性、粘性、压缩性等属性的物理本质和数学表达; 3、掌握流体力学中作用力的分类和表达、静止流体中压强的定义及其特性; 4、初步掌握静止流体微团的力学分析方法,重点掌握流体平衡微分方程的表达及其物理意义; 5、在流体平衡微分方程的应用方面,掌握重力场静止液体中的压强分布规律,重点掌握标准大气问题。 第二章流体运动学与动力学基础(12学时) 1、了解两种描述流场的方法的区别与特点,重点掌握欧拉法下加速度的表达和意义 2、掌握流体微团的几种变形和运动及其数学表达,掌握流体微团的运动分解与刚体运动的异同; 3、了解系统分析方法与控制体分析方法的区别与联系,了解雷诺输运方程的表达及意义; 4、空气动力学基本方程是本章重点,积分形式方程要掌握质量方程、动量方程和能量方程的表达和意义,并会用它们解决实际工程问题;微分形式方程要重点掌握连续方程、欧拉方程和能量方程的表达和意义;掌握微元控制体分析方法;掌握伯努利方程的表达、意义、条件和应用; 5、重点需要掌握的概念:流线、流量、散度、旋度、位函数、流函数、环量与涡的表达、意义及其相互之间的关系; 第3章低速平面位流(6学时) 3.1 平面不可压位流的基本方程及其边界条件 二维流动 不可压无旋流动的基本方程是位函数满足的拉普拉斯方程 不穿透条件(可滑移条件) 拉普拉斯方程的叠加原理,速度也可叠加,压强不可叠加 流函数也满足拉普拉斯方程 3.2 几种简单的二维位流 各基本解的速度、位函数、流函数 直匀流 源,汇 偶极子,偶极子的形成,轴线,方向 点涡点涡的环量 3.3 一些简单的迭加举例 直匀流加点源 压强系数 直匀流加偶极子 达朗培尔疑题

空气动力学基础知识及飞行基础原理笔试题

空气动力学基础及飞行原理笔试题 1绝对温度的零度是:C A -273℉ B -273K C -273℃ D 32℉ 2 空气的组成为C A 78%氮,20%氢和2%其他气体 B 90%氧,6%氮和4%其他气体 C78%氮,21%氧和1%其他气体 D 21%氮,78%氧和1%其他气体 3 流体的粘性系数与温度之间的关系是? B A液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C液体的粘性系数与温度无关。 D气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4 在大气层内,大气密度:C A在同温层内随高度增加保持不变。B随高度增加而增加。 C随高度增加而减小。D随高度增加可能增加,也可能减小。 5 在大气层内,大气压强:B A随高度增加而增加。B随高度增加而减小。 C在同温层内随高度增加保持不变。C随高度增加可能增加,也可能减小。 6 增出影响空气粘性力的主要因素 B C A空气清洁度B速度梯度C空气温度D相对湿度 7 对于空气密度如下说法正确的是B A空气密度正比于压力和绝对温度B空气密度正比于压力,反比于绝对温度C空气密度反比于压力,正比于绝对温度D空气密度反比于压力和绝对温度 8 “对于音速.如下说法正确的是”C A只要空气密度大,音速就大”B“只要空气压力大,音速就大“ C”只要空气温度高.音速就大”D“只要空气密度小.音速就大” 9 假设其他条件不变,空气湿度大:B A空气密度大,起飞滑跑距离长B空气密度小,起飞滑跑距离长 C空气密度大,起飞滑跑距离短D空气密度小,起飞滑跑距离短 10一定体积的容器中。空气压力D A与空气密度和空气温度乘积成正比B与空气密度和空气温度乘积成反比

空气动力学原理.

空气动力学原理 空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学,一辆汽车在行使时,会对相对静止的空气造成不可避免的冲击,空气会因此向四周流动,而蹿入车底的气流便会被暂时困于车底的各个机械部件之中,空气会被行使中的汽车拉动,所以当一辆汽车飞驰而过之后,地上的纸张和树叶会被卷起。此外,车底的气流会对车头和引擎舱内产生一股浮升力,削弱车轮对地面的下压力,影响汽车的操控表现。 另外,汽车的燃料在燃烧推动机械运转时已经消耗了一大部分动力,而当汽车高速行使时,一部分动力也会被用做克服空气的阻力。所以,空气动力学对于汽车设计的意义不仅仅在于改善汽车的操控性,同时也是降低油耗的一个窍门。 对付浮升力的方法 对付浮升力的方法,其一可以在车底使用扰流板。不过,今天已经很少有量产型汽车使用这项装置了,其主要原因是因为研发和制造的费用实在太过高昂。在近期的量产车中只有FERRARI 360M 、LOTUS ESPRIT 、NISSAN SKYLINE GT-R还使用这样的装置。 另一个主流的做法是在车头下方加装一个坚固而比车头略长的阻流器。它可以将气流引导至引擎盖上,或者穿越水箱格栅和流过车身。至于车尾部分,其课题主要是如何令气流顺畅的流过车身,车尾的气流也要尽量保持整齐。 如果在汽车行驶时,流过车体的气流可以紧贴在车体轮廓之上,我们称之为A TTECHED 或者LAMINAR(即所谓的流线型)。而水滴的形状就是现今我们所知的最为流线的形状了。不过并非汽车非要设计成水滴的形状才能达到最好的LAMINAR,其实传统的汽车形态也可以达到很好的LAMIAR的效果。常用的方法就是将后挡风玻璃的倾斜角控制在25度之内。FERRARI 360M和丰田的SUPRA就是有此特点的双门轿跑车。 其实仔细观察这类轿跑车的侧面,就不难发现从车头至车尾的线条会朝着车顶向上呈弧形,而车底则十分的平坦,其实这个形状类似机翼截面的形状。当气流流过这个机翼形状的物体时,从车体上方流过的气体一定较从车体下方流过的快,如此一来便会产生一股浮升力。随着速度的升高,下压力的损失会逐渐加大。虽然车体上下方的压力差有可能只有一点点,但是由于车体上下的面积较大,微小的压力差便会造成明显的抓着力分别。一般而言,车尾更容易受到浮升力的影响,而车头部分也会因此造成操控稳定性的问题。 传统的房车、旅行车和掀背车这类后挡风玻璃较垂直的汽车,浮升力对它们的影响会较为轻微,因为气流经过垂直的后窗后就已经散落,形成所谓的乱流效果,浮升力因此下降,但是这些乱流也正是气流拉力的来源。有些研究指出像GOLF之类的两厢式掀背车,如车顶和尾窗的夹角在30度之内,它所造成的气流拉力会较超过30度的设计更低。所以有些人就会想当然的认为只要将后窗的和车顶的夹角控制在28至32度之间,就能同时兼顾浮升力和空气拉力的问题。其实问题并没有那么简单,在这个角度范围里气流既不能紧贴在车体上也不足以造成乱流,如此一来将很难预计空气的流动情况。因为汽车在行驶时并非在一个水平面上行驶,随着悬挂系统的上下运动,其实汽车的离地距离是一个变量,而气流在流过车体上下所造成的压力差也会随时改变,同时在车辆过弯时车尾左右的气流动态也会对车尾的

叶片的空气动力学基础

叶片的空气动力学基础 在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识,本节将进一步介绍相关理论知识。在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复,仅介绍有关内容的提高部分。 常用叶片的翼型 由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离,阻力增大;平板的强度也很低,所以正式的叶片截面都就是流线型的,即使有一定厚度阻力也很小。图1就是一幅常见翼型的几何参数图,该翼型的中弧线就是一条向上弯曲的弧线,称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。 图1--翼型的几何参数 当弯度等于0时,中弧线与弦线重合,称这种翼型为对称翼型,图2就是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。

图2--对称翼型的几何参数 图3就是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型,就是带弯度翼型,在水平轴风力机中应用较多。 图3--带弯度的低阻翼型 翼型的升力原理 有关翼型的升力原理解释有多种,归纳起来主要依据就是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理,我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。

带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力 图4就是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图,左图就是该翼型的流线图,由于翼型上下面不对称,气流在上下面的流动状态也不同。翼型上表面就是凸起的,通道截面减小,气流的流速会加快,另一个原因就是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小,前后的压差使得气流速度加快,特别就是翼型上表面前端流速较快。翼型下表面较平,多数气流基本就是平稳流过,由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引,翼型前端气流都向上表面流去,造成靠下表面的气流通道加宽,导致靠近下表面的气流速度有所下降。这样流过上表面的气流速度要比下表面快,根据伯努利原理,流速快的地方压力比流速慢的地方压力小,也就就是说翼型下方压力大于上方,压力差使翼型获得一个向上的力Fl,所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。 图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图图4右图就是该翼型的压力分布图,图中翼型上部分浅绿色区域内的绿色箭头线就是上表面的压力分布,箭头线的长短与方向表示该点的压

空气动力学期末复习题1

第一章 一:绪论;1.1大气的重要物理参数 1、最早的飞行器是什么?——风筝 2、绝对温度、摄氏温度和华氏温度之间的关系。——9 5 )32(?-T =T F C 15.273+T =T C K 6、摄氏温度、华氏温度和绝对温度的单位分别是什么?——C ο F ο K ο 二:1.1大气的重要物理参数 1、海平面温度为15C ο 时的大气压力为多少?——29.92inHg 、760mmHg 、 1013.25hPa 。 3、下列不是影响空气粘性的因素是(A) A 、空气的流动位置 B 、气流的流速 C 、空气的粘性系数 D 、与空气的接触面积 4、假设其他条件不变,空气湿度大(B) A 、空气密度大,起飞滑跑距离长 B 、空气密度小,起飞滑跑距离长 C 、空气密度大,起飞滑跑距离短 D 、空气密度小,起飞滑跑距离短 5、对于音速.如下说法正确的是: (C) A 、只要空气密度大,音速就大 B 、只要空气压力大,音速就大 C 、只要空气温度高.音速就大 D 、只要空气密度小.音速就大 6、大气相对湿度达到(100%)时的温度称为露点温度。 三:1.2 大气层的构造;1.3 国际标准大气 1、大气层由内向外依次分为哪几层?——对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层。 2、对流层的高度.在地球中纬度地区约为(D) A 、8公里。 B 、16公里。 C 、10公里。 D 、11公里 3、现代民航客机一般巡航的大气层是(对流层顶层和平流层底层)。 4、云、雨、雪、霜等天气现象集中出现于(对流层)。 5、国际标准大气指定的依据是什么?——国际民航组织以北半球中纬度地区大气物理性质的平均值修正建立的。 6、国际标准大气规定海平面的大气参数是(B) A 、P=1013 psi T=15℃ ρ=1、225kg /m3 B 、P=1013 hPA 、T=15℃ ρ=1、225 kg /m3

模型飞机飞行原理

第一章空气动力学基本知识 空气动力学是一门专门研究物体与空气作相对运动时作用在物体上的力的一门科学。随着航空科学事业的发展,飞机的飞行速度、高度不断提高,空气动力学研究的问题越来越广泛了。航模爱好者在制作和放飞模型飞机的同时,必须学习一些空气动力学基本知识,弄清楚作用在模型飞机上的空气动力的来龙去脉。这将有助于设计、制作、放飞和调整模型飞机,并提高模型飞机的性能。 第一节什么是空气动力 当任何物体在空气中运动,或者物体不动,空气在物体外面流过时(例如风吹过建筑物),空气对物体都会有作用力。由于空气对物体作相对运动,在物体上产生的这种作用力,就称为空气动力。 空气动力作用在物体上时,不是只作用在物体上的一个点或一个部分,而是作用在物体的整个表面上。空气动力表现出来的形式有两种,一种是作用在物体表面上的空气压力,压力是垂直于物体表面上的。另一种虽然也作用在物体表面上,可是却与物体表面相切,称为空气与物体的摩擦力。物体在空气中运动时所受到的空气作用力就是这两种力的总和。 作用在物体上的空气压力也可以分两种,一种是比物体前面的空气压力大的压力,其作用方向是从外面指向物体表面(图1-1),这种压力称为正压力。另一种作用在物体表面的压力,比物体迎面而来的空气压力小,压力方向是从物体表面指向外面的,这种压力称为负压力,或吸力(图1-1)。空气对物体的摩擦力与物体对空气之间相对运动的方向相反。这些力量作用在物体上总是使物体向气流流动的方向走。如果是空气不动,物体在空气中运动,那么空气 摩擦力便是与物体运动的方向相反,阻止物体向 前运动。 很明显,空气动力中由于粘性产生的空气摩 擦力对模型飞机飞行是有害的。可是空气作用在 模型上的压力又怎样呢?总的看来,空气压力对模 型的飞行应该说是有利的。事实上模型飞机或真 飞机之所以能够克服本身的重量飞起来,就是因图1-1作用在机翼上的压强分布 为机翼上表面产生很强的负压力,下表面产生正压力,由于机翼上、下表面压力差,就使模型或真飞机飞起来。可是作用在物体上的压力也并不是完全有利的。一般物体前面的压力大,后面的压力小,由于物体前后压力差便会阻碍物体前进,产生很多困难。只有物体的形状适当才可以获得最大的上、下压力差和最小的前后压力差,也就是通常所说的最大的升力和最小的阻力。所以空气压力对于物体的运动有

叶片的空气动力学基础

叶片的空气动力学基础

叶片的空气动力学基础 在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识,本节将进一步介绍相关理论知识。在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复,仅介绍有关内容的提高部分。 常用叶片的翼型 由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离,阻力增大;平板的强度也很低,所以正式的叶片截面都是流线型的,即使有一定厚度阻力也很小。图1是一幅常见翼型的几何参数图,该翼型的中弧线是一条向上弯曲的弧线,称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。 图1--翼型的几何参数 当弯度等于0时,中弧线与弦线重合,称这种翼型为对称翼型,图2是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。

图2--对称翼型的几何参数 图3是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型,是带弯度翼型,在水平轴风力机中应用较多。 图3--带弯度的低阻翼型 翼型的升力原理 有关翼型的升力原理解释有多种,归纳起来主要依据是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理,我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。

带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力 图4是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图,左图是该翼型的流线图,由于翼型上下面不对称,气流在上下面的流动状态也不同。翼型上表面是凸起的,通道截面减小,气流的流速会加快,另一个原因是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小,前后的压差使得气流速度加快,特别是翼型上表面前端流速较快。翼型下表面较平,多数气流基本是平稳流过,由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引,翼型前端气流都向上表面流去,造成靠下表面的气流通道加宽,导致靠近下表面的气流速度有所下降。这样流过上表面的气流速度要比下表面快,根据伯努利原理,流速快的地方压力比流速慢的地方压力小,也就是说翼型下方压力大于上方,压力差使翼型获得一个向上的力Fl,所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。 图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图图4右图是该翼型的压力分布图,图中翼型上部分浅绿色区域内的绿色箭头线是上表面的压力分布,箭头线的长短与方向表示该点的压力

空气动力学基础教学大纲(

空气动力学基础教案大纲(112 学时> 一、课程的性质,目的和任务 本课程是航空航天类院校本科飞行器设计与工程专业教案计划中的一门技术基础课。为飞行器设计与工程专业学生的必修课。本课程的目的和任务是使学生掌握流体力学基本知识和空气动力学的基本概念、基本理论,以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。本课程的内容可分为两大部分:低速空气动力学和可压缩空气动力学,包括了空气动力学的基本概念、低速流动和可压缩无粘流动的基本原理、绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论、激波理论、翼型亚音速和超音速线化理论及应用等。 b5E2RGbCAP 二、本课程的主要内容 第一章空气动力学:一些引述概念 1.空气动力学的重要性:历史实例 2.空气动力学:分类和实际应用目的 3.一些基本空气动力学变量 4.气动力和力矩、压力中心 5.量纲分析:Buckingham Pi 定理、流动相似准则 7.流体静力学 8.流动的类型 9.应用空气动力学:气动力系数的大小和变化趋势第二章空气动力学:一些基本准则和公式

1.矢量分析和场论复习 2.流体模型:控制体和流体微团 3.连续方程、动量方程、能量方程,动量方程的应用 4.用实质导数表达的基本方程 5.流动的迹线和流线 6.旋转角速度、旋度、变形角速度,环量 7.流函数、势函数,流函数势函数的关系 第三章不可压无粘流基础 1.Bernoulli方程及其应用 2.不可压流中的速度边界条件 3.不可压无旋流的控制方程:Laplace方程 4.基本流动:均直流、源汇、偶极子和点涡,流动叠加5.绕圆柱有升力流动 6.Kutta-Joukovski定理 7.面元法基本概念 第四章绕翼型的不可压流 1.翼型的几何描述术语、翼型的气动力特性 2.低速绕翼型流动解的基本原则:涡面 3.库塔条件 4.经典薄翼理论:对称翼型和有弯度翼型 5.涡板块法 第五章绕有限翼展的不可压无粘流 1.下洗和诱导阻力 2.涡线及Biot-Savart定理、Helmholtz定理 3.Prandtl经典升力线理论

空气动力学部分知识要点

空气动力学及飞行原理课程 空气动力学部分知识要点 一、流体属性与静动力学基础 1、流体与固体在力学特性上最本质的区别在于:二者承受剪应力 和产生剪切变形能力上的不同。 2、静止流体在剪应力作用下(不论所加剪切应力τ多么小,只要 不等于零)将产生持续不断的变形运动(流动),换句话说,静 止流体不能承受剪切应力,将这种特性称为流体的易流性。3、流体受压时其体积发生改变的性质称为流体的压缩性,而抵抗 压缩变形的能力和特性称为弹性。 4、当马赫数小于0.3时,气体的压缩性影响可以忽略不计。 5、流层间阻碍流体相对错动(变形)趋势的能力称为流体的粘性, 相对错动流层间的一对摩擦力即粘性剪切力。 6、流体的剪切变形是指流体质点之间出现相对运动(例如流体层 间的相对运动)流体的粘性是指流体抵抗剪切变形或质点之间 的相对运动的能力。流体的粘性力是抵抗流体质点之间相对运 动(例如流体层间的相对运动)的剪应力或摩擦力。在静止状 态下流体不能承受剪力;但是在运动状态下,流体可以承受剪 力,剪切力大小与流体变形速度梯度有关,而且与流体种类有

关 7、按照作用力的性质和作用方式,可分为彻体力和表面力(面力) 两类。例如重力,惯性力和磁流体具有的电磁力等都属于彻体 力,彻体力也称为体积力或质量力。 8、表面力:相邻流体或物体作用于所研究流体团块外表面,大小 与流体团块表面积成正比的接触力。由于按面积分布,故用接 触应力表示,并可将其分解为法向应力和切向应力: 9、理想和静止流体中的法向应力称为压强,其指向沿着表面的内 法线方向,压强的量纲是[力]/[长度]2 10、标准大气规定在海平面上,大气温度为15℃或T0= 288.15K ,压强p0 = 760 毫米汞柱= 101325牛/米2,密度ρ0 = 1.225千克/米3 11、从基准面到11 km 的高空称为对流层,在对流层内大气密度和 温度随高度有明显变化,温度随高度增加而下降,高度每增加 1km,温度下降6.5 K。从11 km 到21km 的高空大气温度基 本不变,称为同温层或平流层,在同温层内温度保持为216.5 K。 普通飞机主要在对流层和平流层里活动。 12、散度、旋度、有旋流、无旋流。 13、描述流体运动的方程。低速不可压缩理想流体:连续方程+动量 方程(欧拉方程);低速不可压缩粘性流体:连续方程+动量方

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