文章编号:100021506(2003)0420006205
新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统
毛 军,薛 琳,谭忠盛
(北方交通大学土木建筑工程学院,北京100044)
摘 要:目前高速列车隧道空气动力学模型实验系统主要用于分析隧道内压力波的变化规律,
难以对空气动力学效应进行完整的分析.针对这一局限性,从科特流(Couette )理论出发,提出
了一种新型实验系统即旋转式高速列车—隧道模型实验系统,介绍了该系统的可行性、结构、
实验原理及其特点.分析表明:该新型实验系统结构简单、功能完善、成本低、实验重复性好,适
用于进行高速列车通过隧道时产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等
一系列空气动力学实验,并能测量隧道内和列车隧道环形空间的气流速度场,对研究高速列车
隧道空气动力学问题有重要意义.
关键词:高速列车;压力波;空气阻力;模型实验;科特流
中图分类号:U238;O357.1 文献标识码:A
A N ew Type of Model Experimental System of
Aerodynamics E ffects C aused by High 2Speed
T rains Passing Through Tunnel
M A O J un ,X U E L i n ,TA N Zhong 2sheng
(School of Civil Engineering and Architecture ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China )
Abstract :The applied model experimental system is mainly used to analyze the changing rule of
the pressure wave in tunnel ,which is one of the aerodynamics effects when high-speed trains
passing through the tunnel.It is difficult for the system to analyze the other aerodynamics ef 2
fect s.For this reason ,the paper bases on the Couette flow theory to develop a new type of experi 2
mental system ,Which is named the circular model experimental system of aerodynamics effects
caused by high-speed trains passing through tunnel ,and introduces its feasibilities ,structure ,ex 2
periment principle and specially characters.It is found that the new circular experimental system
has a simple structure ,powerful functions ,lower cost and good repetitive performance ,and can
be used for a series of aerodynamics experiments on such as the changing rule of the pressure wave
in tunnel ,micro-pressure wave ,piston wind of trains ,resistance on trains and air noise.It can
also measure the airflow velocity field in cylinder tunnel formed by the trains and tunnel.So ,it
will be of great value to the researches of the aerodynamics problems caused by high-speed trains
passing through tunnel.
K ey w ords :high-speed train ;pressure wave ;air resistance ;model experiment ;Couette flow
1 问题的提出
高速列车在通过隧道时将产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等一系列明显收稿日期:2003206217作者简介:毛军(1966—
),男,湖北公安人,助理研究员,硕士.em ail :junmao @https://www.doczj.com/doc/1210993598.html, 第27卷第4期2003年8月 北 方 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.27No.4Aug.2003
的空气动力学效应,对行车安全和乘客舒适性产生显著影响.由于问题的复杂性和客观条件的限制,模型实验成为研究这些效应的有效方法.
目前,研究高速列车空气动力学效应的实验方法主要有:
(1)水槽法 根据自由表面水波运动的波高与可压缩流体运动压力的相似关系,通过实时检测技术测定列车模型在浅水槽里拖动所激起的水波高度,以求得空气压力变化,从而实现隧道压力波变化规律的模拟.浅水槽试验装置一般由浅水槽、列车模型、轨道、波高实时测试系统等组成[1].
(2)小型列车模拟法 英国的Pope 以空气为工作介质,建造了1∶
25的大比例列车模型实验装置,模型的车速达到55m/s ,利用该模型对短隧道内压力波的传播和隧道入口微压波等进行了模拟实验.模拟实验结果与实测数据非常吻合,但模拟速度不高,整个系统的建造费用较高[2].
(3)发射式高速列车模型实验 包括橡胶弹弓式和压缩空气发射式列车实验系统,二者的动力源虽然不同,但实验原理相同,即均采用小比例模型,将列车模型在炮管内加速到实验要求的速度,模拟列车进出隧道的过程,并使用数据和图像采集系统对列车进出隧道时产生的压力波进行记录.英国的Vardy 和西南交通大学都曾采用类似实验装置进行过压力波的分析,如图1所示[3].在隧道模型上安装有压力传感器.这种装置需要另外测量列车模型通过隧道模型的速度,而且难以精确控制列车运行速度
.
图1 发射式高速列车模型试验装置示意图
以上实验系统各有特点,并以发射式模型实验系统应用较多.但它们均主要用于研究隧道内压力波的传播和变化规律,而对列车运行时的压差阻力、列车内部的压力波和噪声无法检测,因而对乘客舒适度进行分析比较困难.更不能对隧道内的流场进行全面分析.而对流场的分析,直接关系到列车空气阻力、旅客的舒适度和减缓空气动力学效应的措施.另外,对检测系统的实时要求都很高,造价比较昂贵.为此,作者提出一种新的实验系统方案,以对空气动力学效应进行较为全面的实验分析,可提高对高速列车隧道空气动力学效应的理论分析水平,为我国高速列车隧道的断面优化设计提供有价值的参考依据.
2 旋转式高速列车—隧道模型实验系统
2.1 新型实验系统的组成
新的实验系统由转速控制、旋转模型和数据采集等3部分组成,如图2所示.
(1)转速控制系统 由电动机、转速传感装置、变频调速器和减速装置组成.电机转速的最高值可以根据需要确定,例如为1500r/min ,若旋转半径为0.8m ,则相应的最高线速度可达125m/s (450km/h ).由变频调速器实现无级调速.若电机的转速控制在1200r/min ,则对应的速度为100m/s (350km/h ).转速用编码器检测,由变频调速器实现无级调速,并保证在测试过程中模型的运动速度保持恒定.
(2)旋转模型系统 由列车模型、隧道模型、旋转臂、旋转轴、密封装置、轴承座及轴承座托架组成.列车模型呈小曲率弧线体形,底部安装能够转动的车轮,与旋转臂一起模拟列车底部的挂件.列车模型做适当密封,固定联结在旋转臂上,由旋转轴带动旋转.隧道模型是略大于3/4圆周的环形段,有进口、出口和地面模拟板.隧道模型可以分成若干段,用以组合成不同的隧道长度;在进、出口各安装一个保证模型列车无阻碍通过的可垂直移动的档板,通过改变其开度来调节试验压差,模拟改变隧道的长度.内外侧隧道壁面上设有烟气进口、静压测孔、流速测量窗口和温度传感器.模型列车的内部安装车内环境压力传感器,首尾表面安装总压传感器,外壁面安装静压传感器.在隧道进口和出口处安装压力传感器和噪声传感器.列车模型旋转时,车轮并不与隧道内壁接触,而是保持很小的间隙.
(3)数据采集系统 采集的数据包括:列车进入隧道前后入口处的微压力波和噪声的数据;列车在隧道中运行时隧道内压力波的传播和变化的数据;列车在隧道中运行时的空气温度、首尾压差(计算压差阻力)、列车在隧道中运行时环形空间气流的速度分布和列车壁面静压(计算表面摩擦阻力)以及列车内部的
7第4期 毛 军等:新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统
1.隧道模型
2.列车模型
3.旋转臂(带平衡臂)
4.旋转轴
5.轴承和轴承座
6.隧道模型的支撑辐条
7.轴承座托架
8.电动机
9.电动机底座
10.变频调速器 11.温度传感器(多个) 12.压力传感器(多个)
13.噪声传感器 14.流速测量窗口 15.发烟装置 16.安全防护网
图2 高速列车模型试验装置示意图
环境压力时变规律(计算舒适度)等.
2.2 新型实验系统的特点
与目前的实验系统相比,旋转式实验系统有以下特点:
(1)既能进行隧道压力波实验,也能进行列车空气阻力试验.在模型隧道的内侧和外侧壁面及模型列车上安装压力传感器,测量气击压强的变化和传播、列车首尾压差Δp 和列车—隧道环形间隙的压力梯度5p/5θ,以对空气阻力进行测量,并为设计列车通风空调系统提供参考依据.获取传感器信号的方法是:将列车头部、尾部和内部的压力传感器和其它传感器的信号线通过旋转臂连接到转轴上,在转轴伸出段的端部安装滑环装置,由接触器将电信号取出,从而得到所需要的数据.对于其它几种模型试验系统,模型隧道的长度有限,或者因无法在列车模型上安装压力传感器,或者即使能安装传感器,却无法将信号取出,而不能测量压差阻力.
(2)能够准确地测量模型隧道空间和环形空间的速度场和雷诺应力,为准确分析高速列车通过隧道的流场提供详实的实验资料.在旋转模型中,能得到稳定的、周期性的速度场,所以完全可以采用多普勒激光测速仪进行非接触式测量.北方交通大学流体力学室就曾采用激光测速仪测量了离心式水泵的旋转流场[4].而对于前面提到的其它几种模型试验系统,由于模型隧道的长度有限,模型列车的速度很高,列车在隧道中运行的时间非常短,因此难以获得稳定的速度场,因而无法进行非接触式测量.
(3)能够测量出列车内部的压力波的时变规律,为确定乘客舒适度标准和列车密封指数以及列车车厢通风系统的设计提供参考依据.车内压力p i 的波动与车外压力p 波动之间的关系十分密切.英国的Pope 在列车速度125km/h 、阻塞比0.363、列车长度160m 和隧道长度1140m 的条件下进行了现车试验[2],发现在3s 内形成最大压力变化量p i .目前国内选用了偏低的、单一的舒适度标准3kPa/3s 和车辆密封模型p i =p (1-e -t/τ),其中t 是时间,τ是密封指数.对于旋转式模型,通过测定模型列车的内部压力和模型隧道的内部压力以及相应的时间,可以确定密封指数和列车内部每3s 的压力变化量,分析密封指数与舒适度之间的关系.同时,由于列车的纵向存在压力梯度,纵向的内外压差是不同的,存在峰值变化,因而对通风机的选择、送排风口的位置等都有影响.而对于前面提到的其它几种模型试验系统,由于难以测量列车内部的压力变化,所以不能测量舒适度和密封性的关系.
(4)能够在较大范围内调节隧道与列车的长度比,研究压力波、空气阻力等与隧道长度的关系.不仅能直接改变隧道长度,还在隧道进出口安装两个可垂直移动、保证模型列车无阻碍通过的挡板,利用风洞原理,通过调节挡板的开度以改变试验压差,从而达到改变隧道长度的目的.
(5)模型列车的速度完全由转速确定,控制准确可靠、精度高、调节简便(甚至提高旋转速度可以直接使列车达到亚音速),能得到相对稳定的流场和具有恒定周期的压力波场.相当于大大延长了模型列车通过模型隧道的过程,有利于对压力波的变化规律进行较为准确的分析.这是其它实验系统所不具备的一个
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突出特点.另外,与发射式模型实验系统相比,试验的重复性非常好,所采集数据的可靠性也大大增加.3 旋转式实验系统的理论基础
3.1 科特流理论
高速列车在隧道中运行时,列车与隧道壁面之间形成“有压平面科特Couette 湍流”.对于该类流动,荣深涛教授等[4,5]进行了比较完整的理论分析和实验研究,得到了一系列为现场试验所证明的重要成果,并成功地应用于列车隧道空气阻力和活塞风的计算中.
当列车以匀速V 0进入直线隧道以后,作用在列车壁面上的压强p 仍然是随时变化的,但其纵向压强梯度5p 5x 却是不变的,因而在列车与隧道壁之间的环形空间科特流流场是恒定的.环形空间垂直断面上的无量纲流速分布u/V 0,活塞风速V 与列车速V 0之比在列车离开隧道前,将不再发生变化.空间流场的速度分布可能存在3种情况,如图3(a )所示,取决于无量纲科特(Couette )数P 的数值.对于直线隧道Couette 数为
P 1=125p 5x h (1+η)/C f1ρV 20(1)
式中,5p/5x 为纵向压力梯度,逆压为正;h 为两壁面的间距;η为环行隧道外壁与弧形列车外壁的半径R 2与R 1之比;C f1为动壁摩擦阻力系数;ρ为空气密度.当列车与隧道的长度比为l/L 、列车与隧道的横断面积比为A /Ω、列车与隧道的壁面摩擦阻力系数比一定时,P 1为定值,流速分布随之确定.由此可求出所需的壁面总摩擦力,列车压差阻力,以及隧道活塞风速.
在新模型实验系统中,列车模型在弧形隧道中运行,环形空间的气流遵循有压环隙科特流理论,如图3(b )所示.在环隙科特流理论的研究中,曾采用二维多普勒激光测速仪精确测量了旋转面科特流流场,实验结果很好地验证了所提出的理论[6～10].对于弧形隧道Couette 数为
P 2=125p 5θ
h (1+η2)/C f1ρV 20(2)式中,5p 5θ为沿着旋转方向的压力梯度.直线隧道
弧形隧道
图3 动、静壁面之间的科特流流动分类事实上,对于动静壁面之间的科特流流动,荣深涛教授[11]已经提出包括科特数和速度模型在内的科特流通用公式.只是对平面、环隙面和旋转面来说有不同的表达形式.因此,科特数成为模型与原形相似的准则数之一,旋转式模型实验系统的流场可以完整地反映列车通过隧道时的环形空间流场.
3.2 列车进入隧道时隧道内压力波的变化
(1)Vardy 模型 列车高速进入隧道时,列车前端的空气压力突然升高,产生压缩波.随着列车逐步进入隧道,列车受到的空气阻力也逐步增大,使列车前端隧道空气压力持续上升,直至列车全部进入隧道.压缩波以音速沿列车前进方向传播,到达隧道出口后,大部分以膨胀波的方式反射回来.当列车尾部进入隧道时,尾端空气压力下降,产生膨胀波,并向隧道出口方向传播,到达列车前端时,一部分以压缩波形式反射回来,另一部分仍以膨胀波的形式继续向隧道出口方向传递.通过多次反射和传递,隧道中的空气压力梯度达到恒定值.
研究隧道压力波波动的理论方法是根据隧道长度远大于隧道断面水力直径的特点,将列车通过时隧道内复杂的三维时变紊流流动简化为一维空气流动.提出了若干不同的流动模型:①不可压缩准定常流动模型;②不可压缩非定常流动模型;③定密度有限音速非定常流动模型;④可压缩等熵非定常流动模型;⑤考虑摩擦的可压缩性等熵非定常流动模型;⑥可压缩不等熵非定常流动模型.模型⑤假定空气流动过程为等熵过程,能比较准确地模拟压力波动规律,是国际铁路联盟专家委员会推荐采用的模型,也称Vardy 模
9第4期 毛 军等:新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统
型.该模型广泛应用于压力波参数的研究.对于本旋转式实验系统,采用圆周线—半径方向构成的曲线坐标系对Vardy模型的方程进行变换,并进行无量纲化,再利用特征线法求解无量纲偏微分方程组,可以得到压力波的变化规律.最后再将该规律还原到原型中.显然,这种方法是求数值解,过程非常复杂.
(2)一种简化方法 从高速列车通过隧道的过程看,列车进入隧道的初始过程类似于管道内的水击现象.相当于隧道入口处的气体以相对速度V0突然撞击静止的列车,在列车前端产生气击压强Δp.只是列车前方的大部分气体被迫以活塞风速v向前运动,而部分气体则通过环形空间流向列车运动的反方向.因此,忽略隧道结构的弹性变形和空气可压缩性,不计阻力,根据动量方程,气击压强可用公式
Δp=CρΔv=Cρ(v-0)
计算,其中C、ρ分别是音速和空气密度.如果相应的时间为Δt,则压力变化率为Δp/Δt,Pa/s.
列车进入隧道稳定运行后,在列车首部产生连续作用的气击压强Δp.列车为了维持活塞风速v,将在
列车头部产生克服活塞风阻力的正压p=λx
R ?v
2
2
ρ(λ是隧道沿程损失系数,R是隧道断面水力半径),p
随列车头部至出口的距离x减小,最大压力p max=λ(L-l)
R v2
2
ρ.如果按非定常流动考虑,则活塞风速是
时变的,根据非定常科特流分析也可求出其变化规律.从而求得正压p的变化规律.显然,这样能得到代数经验公式,而不必求偏微分方程组的数值解.
此外,列车进入隧道稳定运行后,所受到的总阻力中不仅有推动活塞风所需的动压差阻力,还包括由于气击压强Δp所引起的、随时间变化的气击阻力.因为列车全部进入隧道后不仅受到推动活塞风所需的动压差的作用,还受到气击压差的作用.气击阻力的测量和计算都必须测定和求解列车活塞风速.这在新实验系统的装置上是能够做到的,而在发射式模型实验装置上则是难以实现的.
对于旋转式模型,同样可以进行类似的分析,只是压力是过流断面上的平均压强.通过新实验系统的测量和分析,可以比较两种方法的差异.
4 结束语
上述分析表明,本文作者提出的新型实验系统具有坚实的理论基础和现实可行性,非常适用于对高速列车隧道空气动力学问题进行较为完整的实验测试和研究,而且结构简单,调控简便,功能易于扩展,建造和运转成本均较低.通过该系统的测试,可以分析隧道内压力波的变化规律、不同密封条件下的列车内部环境压力的变化规律、气体的各种状态参数、列车空气阻力、隧道入口微气压波,以及列车速度、隧道断面和长度、阻塞比等各种因素对它们的影响.从而确定隧道断面尺寸、阻塞比、列车和隧道的长度、列车速度等与压力波变化的关系,提出合理的隧道断面尺寸以及减缓瞬变压力变化的措施,并为列车通风系统的设计提供参考数据.
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01北 方 交 通 大 学 学 报 第27卷
隧道结构设计模型概述 摘要：目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：○1以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；○2以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法如收敛——约束法。○3作用与反作用模型，即荷载—结构模型○4连续介质模型，包括解析法和数值法。针对各种模型特点谈谈一下对该四种模型的认识。 1隧道结构体系设计计算模型的建立原则 对于均匀介质中的圆形隧道，当它处于平面轴对称状态时，将围岩与支护结构的相互作用问题抽象为支护需求曲线和支护补给曲线的收敛—约束关系，从而求出围岩与支护结构达到平衡时的支护阻力Pa。有了这个值就可以计算出围岩和支护结构的应力状态。由此可以看出，即使对于如此理想的问题，都需要事先将研究对象的几何形状、初始应力状态、开挖和支护过程、岩体和支护结构的物理力学特性等条件转换为数学力学模型，然后运用数学力学方法求出模型的、作为设计标准的特征值(如应力、位移或极限荷载等)。一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素： ①必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。 ②对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。 ③应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。 ④如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。 ⑤要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。 这样的理想模型对于科学研究是十分必要的，因为只有准确地模拟围岩性质和施工过程，才能更好地了解围岩与支护结构的实际工作状态，作出符合实际的决策。然而这种理想模型的参数太多又不易精确测定，将各种影响因素都机械地转换到模型中来也是十分困难的。因此，理想模型还不宜直接用于设计实践，必须在可能的情况下，由理想模型推演出一些较简单的计算模型，或称为工程师模型。
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
第32卷第5期岩石力学与工程学报V ol.32 No.5 2013年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2013 海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用 李术才，宋曙光，李利平，张乾青，王凯，周毅，张骞，王庆瀚 (山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061) 摘要：围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响，很有必要开展流固耦合模型试验研究。根 据流固耦合模型试验的特点，研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。该系统 的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚)，由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。其中钢结构架 由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成；钢化玻璃试验箱结构，既能保证试验要求 的密封性，又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。同时，采用研制的新型流固耦合模型试 验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究，揭示海底隧道 施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导 和借鉴意义。 关键词：隧道工程；海底隧道；流固耦合；模型试验；相似材料 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2013)05–0883–08 DEVELOPMENT ON SUBSEA TUNNEL MODEL TEST SYSTEM FOR SOLID-FLUID COUPLING AND ITS APPLICATION LI Shucai，SONG Shuguang，LI Liping，ZHANG Qianqing，WANG Kai，ZHOU Yi， ZHANG Qian，WANG Qinghan (Research Center of Geotechnical and Structural Engineering，Shandong University，Jinan，Shandong250061，China) Abstract：Solid-fluid interaction between surrounding rock and water body has significant influence on the stability of subsea tunnel. It is necessary to analyze the solid-fluid interaction involved in the construction of subsea tunnels using a model test. According to the feature of solid-fluid coupling model test，a new type of system for solid-fluid coupling model test was presented to simulate the quasi-3D plane stress and plane strain. The model test system was designed as 3.4 m in length，3.0 m in height and 0.8 m in width，and composed of rack body with steel structure，test chamber with toughened glass and loading devices of water pressure. The steel structure rack body consists of 6 steel structure members operated independently and connected by screw bolts with high strength. Toughened glass was used to assure leakproof of the test chamber and easily inspect the seepage and deformation of surrounding rock during subsea tunnel construction process. Furthermore，based on a new type of simulation material，the proposed new type of model test system was applied to the solid-fluid coupling model test for the Kiaochow Bay Subsea Tunnel. The pressure on tunnel wall，the variation of seepage and displacement of surrounding rock mass can be captured using the model test. The research methods and 收稿日期：2012–10–09；修回日期：2012–12–24 基金项目：国家自然科学基金国际合作与交流项目(50820135907)；国家自然科学基金重点项目(51139004)；国家自然科学基金青年科学基金项目(50909056) 作者简介：李术才(1965–)，男，博士，1987年毕业于山东矿业学院土木工程系矿井建设专业，现任教授、博士生导师，主要从事裂隙岩体断裂损伤、地质灾害超前预报与防治等方面的教学与研究工作。E-mail：lishucai@https://www.doczj.com/doc/1210993598.html,。通讯作者：李利平(1981–)，男，现任副教授。E-mail：yuliyangfan@https://www.doczj.com/doc/1210993598.html,
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。
模型试验案例 盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站模型试验
第一章地铁车站三维物理模型试验的意义和内容 1.1 目的与意义 采用直径6m的区间盾构隧道拓展建造地铁车站的研究，是解决目前盾构区间施工和车站施工工期矛盾的重要手段。 采用相似材料进行大比尺三维物理模型试验能准确地模拟施工过程的影响，使得更容易从全局上把握车站结构的整体力学特征、变形趋势和稳定性特点。 1.2 试验内容 (1)剩余管片的收敛变形规律 (2)剩余管片内力变化规律 (3)隧道内临时支撑内力变化规律 (4)洞周土压力变化规律 (5)洞周地层变形规律 (6)地表沉降规律 (7)观察地层变形隔离桩方案对保护盾构管片的效果。 图1.1 塔柱式
第二章模型试验总体方案设计 2.1工程布置和洞室组成 两个盾构隧道的中心距离为23m，隧道内径为5.4m，开挖外径为6.0m，这样两洞开挖外边线间距为29m。考虑到边界条件的影响，盾构隧道外侧距离模型边界应满足3倍洞径的要求，即每侧需要 6.0m×3＝18.0m，模型在水平方向应该达到29m+18m×2=65m，因此模型宽度按1：10要求取为6.5m。 在垂直方向上，隧道上部按8.0m埋深考虑（其中顶部2.5m为杂填土），下部地层考虑一倍车站高度，这样需要模拟的高度为：8.0+10.364×2=28.728m，因此模型高度为2.88m。所以模型在车站隧道横断面的尺寸可取为6.5m×2.88m。结合试验台的实际情况，模型最终尺寸确定为6.5m × 1.8m × 2.88m (L×W×H)，见图2.1。 图 2.1 试验模型示意图 2.2相似条件设计 根据与试验条件，确定模型的几何比尺为1 /10。之所以确定这一比尺，主要是考虑到开挖模拟的可操作性，以及相似物理量之间的换算关系的简化。各种相关物理量的设计相似比尺如下： (1)几何比尺：K L＝L p / L m＝10 (2)容重比尺：Kγ＝γp/γm＝1 (3)应力比尺：Kσ＝σp/σm＝K L × Kγ＝10
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
Part 1 General words 岩土工程Geotechnical engineering 基础工程Foundation engineering 土soil ,earth` 土力学soil mechanics 周期荷载cyclic loading 卸载，再加载reloading 粘弹性地基viscoelastic foundation 粘滞阻尼viscous damping 剪切模量shear modulus 土动力学soil dynamics 应力路径stress path 砌块block 底板标高floor elevation 顶板标高roof elevation 绝对标高absolute elevation 相对标高relative elevation 钢结构steel structure 抗拉强度tensile strength 伸长率elongation 屈服强度yield strength 有色金属non-ferrous metals 喷射混凝土shotcrete 勘察survey；investigation 工程地质engineering geology 风化花岗岩 decomposed granite Part 2 Types of soil 残积土residual soil 地下水groundwater 地下水位groundwater level /groundwater table 粘土矿物clay minerals 次生矿物secondary minerals 滑坡landslide 钻孔柱状图bore hole columnar section 工程地质勘察engineering geologic investigation 漂石boulder 卵石cobble 砂石gravel 砾砂gravelly sand 粗砂coarse sand 中砂medium sand 细砂fine sand 粉土silty sand 粘性土clayey soil 粘土clay 粉质粘土silty clay 砂质粉土sandy silt 粘质粉土clayey silt 饱和土saturated soil 非饱和土unsaturated soil 填土filled soil Part 3 Permeability and seepage 达西定律Darcy’s law 管涌piping 流土flowing soil 砂沸sand boiling 流网flow net 渗流seepage 渗漏leakage 渗透压力seepage (force) pressure 渗透性permeability 水力梯度hydraulic gradient 渗透系数coefficient of permeability Part 4 Deformation and stress of foundation 软土soft soil 打入桩（负）摩阻力(negative) skin friction of driven pile 有效应力effective stress 总应力total stress 十字板抗剪强度field vane shear strength 低活性low activity 灵敏度sensitivity 三轴试验triaxial test 基础设计foundation design 再压缩recompaction 承载力bearing capacity 土体soil mass 接触压力contact pressure 集中荷载concentrated load 半无限弹性体 a semi-infinite elastic solid 均质homogeneous 各向同性isotropic 条基strip footing
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
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
第1章 汽车空气动力学概念：汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用规律以及气动力对汽车各性能影响的一门科学。 汽车空气动力学重要性：1、汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性；2、在确定汽车外形初步方案阶段，就需对汽车的空气动力性进行估计，在进行汽车造型设计和确定汽车的样式时，应当综合考虑美学造型和气学造型，在实验样车进行结构设计和试制之前，应先解决空气动力学特性问题，并在全尺寸模型上进行验证。否则很难，甚至不可能预言汽车的性能和一般道路特性。 汽车空气动力学研究对象：实验研究、理论分析、数值计算 三者关系：实验研究、理论分析、数值计算这三种计算方法各有利弊、相辅相成。实验研究是理论分析和数值计算的基础，并用来检验理论结果的正确性和可靠性，不论理论分析和数值计算发展的如何完善其作用都是不可替代的；理论分析能指导实验和数值计算，使它们更加富有成效，并且可以把部分实验结果推广到一整类没有做过实验的现象中去，它在大量的实验基础上，归纳和总结出响应的规律，同时通过理论自身的发展反过来指导实验，并为数值计算提供理论模型；数值计算可以弥补实验研究和理论分析的不足，这样相互作用，共同促进汽车空气动力学的发展。 汽车空气动力学研究内容：1、气动力及其对汽车性能影响；2、流场与表面压强；3、发动机和制动器的冷却特性；4、通风、采暖和制冷；5、汽车空气动力学专题研究。 汽车空气动力学发展阶段：一、速度的追求；二、汽车空气动力学的发展时期：1、基本型时期：（a原始型阶段；b基本型阶段）2、流行性时期（a长尾流线型阶段；b短尾流线型阶段）3、最优化时期（a细部最优化阶段；b整体最优化阶段） 汽车空气动力学发展趋势：1、气动造型与美学造型完美结合；2、强调车身整体曲面光顺平滑；3、以低阻形体开发的整体气动造型与低车身高度；4、空气动力学附加和装置与整体造型协调融合；5、车身表面无附件化；6、充分利用后出风口隔栅及发动机排放改善后尾流状况；7、楔形造型基础上的具有最佳弯曲线的贝壳型。 第2章 空气动力学分类 （1）按速度范围：高速空气动力学（超高声速Ma14-高超声速5-14超声速=1.4-5跨声速=0.8-1.4 亚声速0.4-0.8,-0.4）低速空气动力学 （2）按用途：飞行器空气动力学，工业空气动力学 （3）按研究方法：理论—实验—计算— 自由行程：一个气体分子一次碰撞到下次碰撞所走过的距离。 连续性假设：在连续介质模型的前提下，把介质（空气）看成连绵一片，没有空隙存在。 气流运动的数学描述方法 1拉格朗日（质点法）：研究各个别流体质点（即空气微团）在不同时刻其位置和有关物理参数的变化规律。着眼于气流微团。2欧拉法：研究被运动气流所充满的空间中每一个固定点上的气流微团的物理参数随时间的变化。着眼于空间点。 区别：拉格朗日法中xyz是同一气流微团的空间的位置坐标；欧拉法中xyz是空间点的坐标，不同瞬时，许多不同的气流微团流过这些点。拉格朗日研究各气流微团的运动规律，欧拉法研究气流的空间物理场。后者是汽车空气动力学感兴趣的，故多用欧拉法。 优缺点：欧拉法描写气流运动更优，因为利用欧拉变数所得到的是场，能广泛利用以研究的较为成熟的场论数学工具。另外，拉格朗日法加速度是二阶导数，运动方程是二阶偏微分方程组；而欧拉法中加速度是一阶导数，运动方程将是一阶偏微分方程组。 气流运动的分类
第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 大气层和标准大气 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”。 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。 随着高度的增加，由于大气越来越稀薄，大气的压强逐渐降低。 气体的温度T表征气体的冷热程度，是与气体分子运动密切相关的。温度的度量单位常用摄氏温标t[℃]和绝对温标T[K]来表示。从微观来看，气体分子作不规则的热运动时，它的运动平均动能越大，则宏观表现为温度越高。气体分子运动的平均动能与绝对温度成正比。在绝对温标零点，理想气体的分子热运动就终止了。 单位体积物体所含有的质量称为密度。在国际单位制中，密度的单位是千克/米3。空气的密度与压力的变化成正比，与温度的变化成反比。随着高度的增加，大气的密度逐渐降低。 当气体层间发生相对运动或气体与物体间发生相对运动时，在气体内部两个流体层接触面上或者在气体与物体的两个接触面上，便产生相互牵扯和相互粘连的内摩擦力，
流体力学Fluid Mechanics 第一部分 张震宇 南京航空航天大学 航空宇航学院
简介 ?空气动力学(Aerodynamics) ?课程类别：必修课 ?面对航空类本科生的专业基础课程?42学时
第一部分课程结构 ?预备知识 ?偏微分方程、微积分、矢量分析、场论 ?守恒律、热力学定律 ?基本原理 ?空气动力学、流体力学 ?无粘不可压流动 ?Bernoulli 方程、位流理论、基本解、K-J定理?无粘可压流动 ?热力学定律、等熵流动、激波理论、高速管流
第二部分课程结构（此处从略）?低速翼型理论 ?几何特点、K-J后缘条件、薄翼型理论 ?低速机翼气动特性 ?B-S定律、升力线（面）理论 ?亚音速空气动力学 ?小扰动线化理论、薄翼型（机翼）气动特性 ?超音速空气动力学 ?薄翼型线化理论、跨音速流动、高超音速流动 ?计算流体力学（CFD） ?网格生成、控制方程解算
背景阅读 ?徐华舫，《空气动力学基础》，北航版?H. Schlichting, Boundary layer theory ?J.D. Anderson, Introduction to Flight ?E.L. Houghton & P.W. Carpenter, Aerodynamics for Engineering Students ?G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics ?D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics ?https://www.doczj.com/doc/1210993598.html,/
遥控航空模型飞行员技术等级标准 第一条本标准以遥控航空模型的相关理论和基本飞行与特技飞行为基础，对遥控航空模型飞行员应具备的知识水平及技能进行测评。第二条本标准以遥控类航空模型的基础类型分为： 遥控固定翼模型（代码：A类）、遥控直升机模型（代码：C类）及遥控多旋翼飞行器模型（代码：X类）三个类别。 各类考核分别执行各自的技术等级标准。 第三条A类、C类及X类技术等级均分为八级、七级、六级、五级、四级、三级、二级、一级、特级，共九个级别，八级最低，特级最高。（八级、七级、六级为初级；五级、四级、三级为中级；二级、一级、特级为高级。X类暂不设二级、一级和特级。） 第四条申请遥控航空模型飞行员技术等级的人员（以下简称申请人）应参加相应级别的理论考试和现场飞行考核 第五条理论考试达到相应级别满分80%以上的申请人，方准许进行现场飞行考核。现场飞行考核中，申请人必须独立完成飞行考核的规定动作。初级考核时间为3分钟，中级和高级考核为4-8分钟，随比赛进行的考核同比赛时间。（以上均包括起飞和着陆。）现场飞行考核须有三名委任技术代表参加。初级和中级考核中达到满分60%以上且没有单一低于5分的动作为达标；高级考核中达到满分75%以上且没有单一低于6分的动作为达标。现场飞行考核进行两轮，一轮达标即通过考核。在中国航空运动协会批准的、满足考核条件
的各项正式比赛中的考核达标者也可申请相应等级。 第六条用于参加考核的模型须符合以下技术要求： A类（固定翼）：初级考核，对模型没有限制；中级考核，模型翼展须大于1200毫米（含）；高级考核，模型翼展双翼机须大于1700毫米（含）单翼机须大于1800毫米（含）。 C类（直升机）：用于参加初级考核的模型没有限制；用于参加中级考核的模型旋翼直径须大于700毫米（含）；用于参加高级考核的模型旋翼直径须大于1200毫米（含）。 X类（多旋翼飞行器）：用于参加初级考核的模型没有限制；用于参加中级考核的多轴飞行器模型，轴距须大于400毫米（含）。允许使用多旋翼模型自身的稳定装置;禁止使用利用外部参照信息的自动控制装置；禁止预先设置程序的飞行。其它须符合航空模型最新竞赛规则总则中的相关规定。 第七条所有技术等级同时适用具有相似难度的其它遥控航空模型项目。 第八条A类技术等级飞行考核动作要求： 一、初级： （一）固定翼八级能够独立安全完成模型的起飞，操纵模型安全着陆在指定区域内（50米×50米）。
《空气动力学基础及飞行原理》课程标准 （适用于三年制飞机机电设备维修专业） 制定人：姜红英审定人：张建荣 一、制定本课程标准的依据 本课程标准依据中国民用航空法规CCAR66部（民用航空器维修人员执照管理规则）和CCAR147部（民用航空器维修培训机构合格审定规定）的标准，按照飞机机电设备维修专业人才培养方案对《空气动力学基础及飞行原理》课程教学目标要求而制定。适用于指导《空气动力学基础及飞行原理》课程建设与课程教学工作。 二、课程的性质与作用 《空气动力学基础及飞行原理》课程是飞机机电设备维修专业的专业基础课，是该专业的必修课程和核心主干课程。 该课程基于民航飞机维修工程职业和工作过程，主要任务是向学生介绍航空发展史、民用飞机的发展概况、飞机的分类、组成与功用、空气动力学基础知识、飞机的升阻特性、高速飞机的基本特点、飞机的飞行理论、飞机的平衡、稳定性和操纵性、直升机的飞行原理等内容。通过课堂教学、专业教室教学、飞机现场教学和基本技能教学等教学形式，采用符合民航标准的口试、笔试、操作相结合的考核方式，使学生对飞机的基本组成及功用有基本的了解，掌握空气动力学基础知识和飞机的飞行原理，为后续专业课《飞机构造基础》、《飞机系统与附件》、《飞机结构及附件修理》等课程建立理论基础。
四、课程的教育目标 通过本课程的课堂教学和基本技能训练，使学生具备以下教育目标： 1.知识目标：系统掌握航空发展史、飞机的组成与功用、空气动力学、飞机的飞行原理和直升机的飞行原理的基础知识和该课程基本技能要求。 2.能力目标：具备航空发展史、飞机的组成与功用、空气动力学、飞机的飞行原理和直升机的飞行原理和该课程基本技能的理解与运用能力，培养自学能力、资料查询能力、基本工具应用能力、可持续发展能力。 3.素质目标：培养科学、诚信、敬业、严谨的工作态度和较强的安全、质量、效率及环保意识，具有良好的职业道德素质。培养学生逐步实现民航机务作风所要求的“敬业爱岗、诚信务实、认真负责、遵章守纪、严紧规范、精益求精、吃苦耐劳、团结协作”精神。
南京航空航天大学 实验空气动力学 实验报告 班级： 学号： 姓名：
目录 1.实验一:低速风洞全机模型测力实验 ............................................................................ - 1 - 1.1实验目的： ........................................................................................................... - 1 - 1.2实验设备： ........................................................................................................... - 1 - 1.3实验步骤： ........................................................................................................... - 1 - 1.4实验数据 ............................................................................................................... - 2 - 1.5数据处理 (3) 1.6结果分析: (5) 2.实验二：天平实验观摩实验 (6) 2.1塔式天平的原理图 (6) 2.2各类天平的比较 (6) 3.实验三：风洞测绘实验 (7) 3.1 0.75米低速开口回流风洞 (7) 3.2.二维低速闭口直流风洞 (7) 3.3风洞主要部件的作用 (8)