大学生方程式赛车的空气动力学：初步设计和性能预测
斯科特Wordley和杰夫·桑德斯
莫纳什风洞，机械工程
莫纳什大学
版权所有?2005 SAE国际
摘要
一个空气动力学套件的初始设计描述了SAE方程式赛车。式SAE审查关于空气动力学的规则是用来开发对前、后规范的实际参数倒置的机翼，―翅膀‖。这种翼包为了在产生最大的下压力规定的可接受的范围内增加阻力和减少最高速度。这些翅膀上公式的净效应SAE汽车的性能在动态事件之后预测。一个配套文件[ 1 ]详细介绍，CFD，风洞和赛道上的测试这的空气动力学套件的开发。
简介
SAE方程式是一个大学生设计竞赛，学生设计组，建立自己的开放的比赛轮赛车。自1981开始在美国[ 2 ]，这个公式已经蔓延到欧洲，亚洲，南美国和澳大利亚，几百国际团队，每年都有许多赛车比赛举行的世界。不同于传统的赛车比赛，球队获得八分不同的事件，和最高的球队累积总获胜。有三的静态事件（成本，演示，设计）在球队是判断他们设计的理由，介绍和成本技术，五动态事件（加速，刹车盘，越野，燃油经济性，耐久性）测试的汽车和赛道上的[ 3 ]学生驾驶性能。这个加权分系统决定，成功是一种仔细平衡赛车的各个方面的事过程设计和开发。
SAE方程式：设计收敛？
不同于其他形式的长期稳定的比赛规则，大学生方程式赛车已经收敛于一个单一的，好的定义，设计模式。有几种理论这是为什么：规则的权重可以更仔细通过对竞争对手在其他车辆性能的一个方面的性能提升地区。例如涡轮增压器可用于在潜在费用增加发动机功率燃油经济性和成本的评分贫困和知识信息管理保持团队内由于高翻身成员可以破坏长期设计验证周期，造成重复错误经常回广场的人。大多数的团队在一个只有竞争竞争每年，意味着实际的时间在驱动开发这些车是有限的，与周的顺序。缺乏定期比赛和与其他球队的比较因此限制了接触，并通过，最佳实践。竞争仍然集中在学习，这样的团队将继续技术感兴趣的人以及那些看到提供一个整体的性能优势。过去的SAE方程式比赛的结果[ 4 ]分析表明，迄今为止，最简单的方法往往是最成功的十强，绝大多数完成团队的运行空间钢框架的汽车自然吸气发动机600cc。虽然这是假设这种趋势还会持续一段时间，四在设计理念的重大转变，已经出现在最近的年。碳纤维硬壳式底盘使用的增加，为球队尽力降低底盘重量同时保持或提高抗扭刚度。宽传播对涡轮增压也浮出水面随着康奈尔的不断成功，伍伦贡大学。新一代单缸摩托车的发动机提供的性能增益在相反的方向，像RMIT和代尔夫特理工队使用减小的重量和燃料使用的大学抵消减少的功率。几支球队，包括在阿灵顿，密苏里罗拉德克萨斯大学，加州—聚和莫纳什都使用了机翼和其它气动装置产生压力的提高过弯速度的主要目的。一些球队采用一个以上的这些方法。主要的设计变化以上，性能气动设备可能是最困难的学生小组预测和量化。像这样的，相当多的争论仍在继续的SAE方程式社区的利益（或其他）的使用倒翼型的―翅膀‖，这种竞争。莫纳什大学队（墨尔本，澳大利亚）用他们的SAE方程式空气动力装置汽车运行近四年来。这个团队也在有定期的访问有些独特的位置一个全面的汽车风洞空气动力学测试。本文中，第二由同一作者【1】，总结了四年之久的气动设计和发展过程中所进行的这个团队，和提出了在公共领域的第一个数据气动性能的SAE方程式赛车。这是希望的信息和方法，包含这里将作为一个指导和基准其他球队考虑气动使用在SAE方程式装置。SAE方程式规则的思考与大多数其他赛车类相比，目前的SAE方程式规则[ 2 ]提供了一些独特的气动使用的机遇和挑战设备。这些规则将简要探讨在这里，从那些对通用汽车的设计和性能，并移动到更多的有关对气动助手的使用。广阔的这些规则对设计的影响一个SAE方程式赛车性能也将讨论了在适当的地方越野/耐力轨道设计而轨道布局为滑锅加速事件是固定的几何形状，参加比赛/耐力轨道设计每年都在变化按规则，个人描述参数通过不同的比赛场地的限制全世界。
由于这两个事件在提供的总公式分一半SAE，这些轨道的设计有重大影响在汽车的设计。竞赛运行在空地（例如，美国），因此看到更多的变化轨道的设计相比，英国和澳大利亚比赛采用窄，卡丁车般的轨道。最大的―直‖的长度是固定的规则在77米，当圆角半径范围9米和45米障碍赛之间与间距7.62米和15米之间也允许。目标最大速度（105公里/小时），平均速度（50公里/小时）也被定义，与组织者调整轨道近似速度。这些约束的结果在规范的轨道，竞争对手通常要花高比例的时间瞬时转弯，和更少的时间是稳态或直线加速和刹车。作为一个结果，成功方程式SAE车通常轻盈与优良的转弯，加速和制动。流行的轴距和轮距宽度小，分别在1.6米和1.2米，与最近的看到这些数字进一步下降的趋势可用的功率/重量比
鉴于引擎(610 cc)和摄入限制(20毫米孔板),受欢迎的600 cc的自然吸气式摩托车发动机产生大约50 - 60千瓦,涡轮增压发动机65千瓦。汽车的重量地区的210公斤经常使用这些实现引擎。鉴于自由传动装置和低速度,强加的光和强大公式SAE汽车可以牵引第一和有限第二个齿轮。记录数据从各种各样的团队2004年澳大利亚FSAE耐力事件显示percentage-of-time-at-wide-open-throttle的更少15%以上是典型,至少为澳大利亚的事件。轶事报道从我们的竞争对手认为他们花稍长一些的大开油门(期间耐力),但仍低于20%。这一事实司机不能全部电力需求的引擎大多数(> 80%)的时间投注,是证据这个公式SAE汽车通常的吸引力有限反对―能力有限‖。这一观察建议圈时间可以显著提升通过增加汽车的牵引,或降低发动机功率和使用更多的如果这样的储蓄减少附带一个足够大的重量。
关于空气动力学的具体规则
使用可用的一些多余的力量公式SAE汽车产生增加的控制水平通过空气动力学的下压力需要考虑规则等相关设备。康奈尔使用抽油后风扇设置在1990年创纪录的1.32 g皮肤锅[2],使用动力在公式SAE是被禁止的。进一步的规则改变表示只允许汽车的轮胎接触地面,有效地禁止使用―滑裙‖印章的底部限制了与传统的压差可以实现的底部扩散器。在应对安全问题规则还状态,任何―翅膀‖和他们的坐骑不会干扰司机外出。的位置气动?翅膀‘也局限于垂直信封后方轮胎,后定义的外边缘的轮胎,和一个460毫米的向前行前面的前面轮胎(见图1)。由于没有规则关于最大翼大小或计划区域,因此由选择的轴距和跟踪变得有限宽度(反之亦然,有可能)。这些允许的包空间规则只适用于―翅膀‖,这意味着扩散器和其他航空设备可能之外使用这个地区,受到的判断检票员。2002年,纳什公式SAE车被允许运行一个扩散器结束后方
后轮胎
图1：允许包装信封的翅膀在SAE方程式
由于没有规定或在垂直的现实局限性机翼的高度，这种选择成为一个权衡的重心位置（通过最小化之间低的安装）和最大压力（由定位翼高，洁净的气流）。一个效果由于机翼的阻力元件对汽车的气动平衡也限制了现实安装高度范围。因为没有限制在最小翼的行驶高度，机翼可以设计在优化地面效应在汽车的前面，从而提高最大升力系数，和提高升阻比[ 5,6 ]。大，单翅也可以安装高和集中，在风格冲刺车和赛车类常见a-modified，提供司机的出口没有不利的影响。规
则还规定，所有翼的元素有至少12.7毫米的前缘半径（0.5‖）和尾随的边缘半径3毫米（1 / 8）为安全起见。因此相当大的修改现成的翼剖面（像那些在美国上市的在线数据基地[ 7 ]）是与执政的要求。一个这一过程的例子是[ 1 ]。一个重要的规则区别SAE方程式和其他的公式，是可移动的空气动力学表面仍然在这场竞争中允许。这意味着翅膀和其他设备可安装―簧下‖这样的压力可以直接传递车轮而不是通过―跳跃‖的底盘。在这路上的车机械抓地力不妥协所需防止底盘高弹性率从―见底‖的气动载荷。本系统具有允许前翼的好处轨道接近恒定的离地间隙，因为它是由外侧装配应始终与地面接触。如果空气动力设备中使用的SAE方程式，他们设置可以调整个别事件，但批发去除或添加的组件是不允许。有些曲子的表现能力因此，考虑空气动力学套件有利，并可能包括低阻力设定加速，中高下压力的设定越野和耐力，和最大的下压力防滑盘和任何潮湿的天气赛车设置设计压力对于赛车设计的一系列资源空气动力学已确定以下。借鉴这些资源，给出了一个示例的过程一个翼包初步规范SAE方程式赛车。这个包是专为最大的下压力在可接受的范围内增加阻力，降低最高速度。如有没有既定的方法的理论预测气动侧力及其相关的偏航的时刻，这方面的气动设计不在这个阶段考虑。进一步探讨关于测量的侧向力的实验数据和偏航力矩将在同伴了文[ 1 ]。气动设计资源存在大量的相关文献气动设备如翼的设计，为在比赛的飞机和压力解除代汽车。哲罗[ 8 ]的专著，卡茨[ 9 ]和麦克比斯【10】提供车辆良好的概论和赛车的空气动力学，而leibek [ 11 ]工作，利格[ 12 ]，razenbach和巴洛[ 13,14 ]，罗斯等人[ 15 ]，zerihan张[5,6]描述优化更详细的翼型性能。更具体的气动压力的比赛中使用的例子是由一系列广泛的作者[余]提供。
初步计算
一些基本的假设是在初步了计算如下。首先，两者的使用前、后翼的假设。前翼（位于的车轮前进）具有经营潜力―地面效应‖的现象，有利于以最小的阻力压力生产。这一事实通常对前翼的一个明智的选择使用如果有选择。如果是使用前翼，尾翼是如果动平衡来实现也需要。为简单起见，扩散器和随之而来的使用对气动平衡的影响将被忽略，和压力赤裸的整车的气动中心将假定在中轴距。翼规范下面概述的过程如下的过程中，麦克比斯[ 10 ]。第一步步骤包括确定发动机制动功率的量可以牺牲到后气动阻力翼。该信息被用于确定尾翼规划面积和CD，并从实现的CL可以估计。气动力矩的平衡压力中心设计产量所需解决的对前翼的气动力矢量，这是然后通过指定的潜在翼迭代配置文件和计划的地区。计算―牺牲‖拖动发动机制动功率下面的过程概述了麦克比斯[ 10 ]，车辆的最高速度没有空气动力学理论设备使用EQ （1），首先计算了改进的SI单位，并使用下面给出的值。这个方程假设理想的传动装置和终端速度与车辆的最大制动发动机功率（千瓦）完全被吸收通过气动阻力。滚动阻力被忽视的。额叶区（A）和阻力系数（D C）以下使用涉及2003蒙纳士公式SAE汽车没有翅膀，在蒙纳士的全面测试规模的汽车隧道。这个设备上的更多细节测试程序是在[ 1 ]。
重排和V V = 46.2毫秒产生解决：?1或每小时166.2公里
这个速度远高于在最高速度SAE方程式，所以假定一个新的阻力限制最高120公里/小时，它是可能的速度来确定制动马力，理论上可以被牺牲。120公里/小时的电力图形重新显示只有17千瓦，是需要克服的基地车气动阻力，这意味着剩余的28千瓦可以提供额外的机翼阻力。
测定尾翼CL和地区
由麦克比斯[ 10 ]的研究表明打开车轮阻力，单座车只有通过尾翼的显著影响，与前翼有一些额外的阻力，即使在大角度的攻击。这些作者的风洞实验研究2003莫纳什FSAE赛车已经证实的有效性假设。因此情商（1）与再使用28千瓦的数字和120公里/小时的确定允许D RW C。1.38个尾翼SAE方程式规定尾翼必须不突出后的后轮胎后，也不在那边后外轨道宽度。实际的考虑通常限制了大多数点的尾翼主辊箍结构，除非翼是在这一点上。对于2003蒙纳士的车辆，这描述了一个允许的最大翼面面积1.4米（跨度）0.65米（弦），或0.91m2。求解D C产生1.5，大致可以通过实验数据[ 7，9，10 ]到预期的翼升力系数为负（1?C）在3以4。在这个性能范围的翼剖面分类为―高扬程‖，靠多元设计。由于这一计划区域，L?C 3.5，而忽略了潜在的低纵横比的影响[ 10 ]，一个压力的240在40公里/小时预测后翼。
前翼：气动平衡设计
在前翼的规范，最重要的设计考虑的是气动平衡而不是直接的最大下压力。这意味着，由两翼创造净气动力（扩散器将暂时忽略）附近的行为重力车的中心。一个轻微的向后航空的偏见压力中心的背后是对质量中心常用来确保高速稳定。一个良好的动平衡设计将确保车辆表现出中立的处理特性而比不足转向或过度转向由于不均匀气动载荷分布。平衡是由由于两下产生的瞬间加力和阻力在垂直悬臂关于压力[ 22 ]设计中心的长度，这在这种情况下，作为直接的地面位置在汽车的中心的引力（中距）。翼第一估计和悬臂长度的位置通过测量垂直距离的确定从平衡点估计的中心每个机翼压力。一个SAE方程式赛车1650毫米的轴距，50:50的重量分布，和在图2中所示的翼定位，平衡矩和解决所需要的前翼下力（阻力忽略不计）给出了一个值为165 N 40公里/小时。
图2：气动力矩平衡的重心位置为指定所需的前翼性能的方法
一个迭代的过程将被用来选择一个前翼型材生产所需的165 N在40公里/小时内最大的规划区域所定义的规则和包限制。张的研究zerihan [5,6]考察两者的性能在地面效应的单元素和双元的翅膀提供了良好的估计和拖动电梯系数可达。根据特定的车安装时，还应考虑影响赛车的鼻锥[ 9 ]闭轮接近[ 21 ]。假设的前翼在干净的流动，3.4的负升力系数是必需的。如果一个理想的流场的假设被删除，前超过4的机翼的升力系数，或代更多的前翼面积是一个更现实的要求气动平衡。这也意味着，最大的空气下压力量平衡一个SAE方程式赛车可以产生使用传统前低山，高山后方翅膀会通过前翼的限制，给定一个50:50的重量分布。如果这些前部和后部下压力值可以实现，总下载405 N在40公里/小时生成的。通过风洞试验验证，翼少2003蒙纳士SAE方程式赛车只产生一个轻微的（因此可以忽略不计）量电梯，这额外的下压力，将导致在一个整体4升的车系数，给出总的车辆额区（两翼）的1.35m2。在这个基础上这2003辆车的空气动力学套件是指定了。翼剖面的实际细节在[ 1 ]。
气动验证
上述分析是一个过程，一个空气动力学套件可以为比赛指定汽车。然而，没有保证，翅膀要比赛的近流场内汽车。它通常是安全的假设，他们的性能会影响他们的与车辆的互动，甚至彼此。对于如此广泛的风洞测试和在轨气动试验中使用的发展和这的空气动力学套件的调谐，并详细描述在同伴纸[ 1 ]。这项工作表明，测量的压力值是显著降低（约35%）比估计从自由流，实证数据。幸运的是，损失压力是合理的甚至在车的两端，与前下降39%和后下降33%对初始预测值，这意味着最终的气动平衡仍然接近中性。这些最终测试的气动系数都列在下面的表格将被用于以下性能分析。
性能分析
为了确定特定的气动计划将有利于使用SAE方程式的一种综合性能分析事件进行的，考虑到每个竞争方面的。四的简要分析动态事件（防滑垫，加速度，越野/耐力）将在这里介绍。对于这些性能计算的目的，下面列出的值将被使用。应
该指出的是所有这些值进行了测量实验，与翅膀2003蒙纳士的加入汽车。
局部参数
?轮胎摩擦系数1.6
发动机的功率和扭矩与转速?apdx 1看
?变速箱比看到apdx 1
?最终传动比：3.6
汽车和司机（无翅）
?重量：（车：225公斤，80公斤，305公斤的司机）
?重心高度：270毫米
?极惯性矩（偏航）：106 kg.m2
?因为升力系数：0
?因为阻力系数：0.83
?额区：0.9平方米
因为我的夜晚（with the翅膀描述）
?重量：（翅膀和支架：+ 12kg 317公斤）
?重心高度：300毫米
?极惯性矩（yaw）：118 kg.m2
?因为升力系数：* 2.57
?因为阻力系数*：1.33
?因为升力系数*（for低阻力）0.44
?因为阻力系数*（for低阻力）0.73
?额区（for both settings *）：1.35平方米
注：the area of因为是前低阻力降in the设定目标for Convenience the same area has been used，resulting in a low CD和CL的目标与正确的CD。CL。有收益。
加速事件分析
加速度事件是时间，75米加速从站开始。to begin with，it is useful to make年最大的加速性能estimate of the of the翅，因为in its full downforce配置与the same因为以及没有翅膀。修改后的―自行车‖模型[ 22 ] can be developed forPredicting加速在直行using the two sets of车辆参数描述previously。这模型accounts for the effects of纵向重量转移as well as气动阻力和downforce。旋转惯性has been Neglected目的是假定the same for both车辆。两个最大的潜力加速度曲线是产生for each因为配置。第一曲线is based on the加速功率available（制动马力，因为与航空阻力）和二我们available握（拉摩擦系数和总反应力了function of重量转移和航空下载）。这些shown below are曲线（图3），with the lower曲线因为每个配置指示最大潜力加速。
图3：预测的最大纵向加速度包络（灰色阴影），与没有翅膀：
交叉线灰度低于20公里/小时表示可能的离合器滑移区，从而导致更高的发动机转速和输出功率的意义加速度实际上是由牵引曲线有限公司。立即超过这个速度，有翼的汽车能够加速略高于同一辆车没有翅膀，主要随着气动下载。在50公里/小时，两车的最大加速度的潜力是一样的，和这两辆车以上的速度，成为电力有限公司。作为有翼的车产生超过两nonwinged的气动阻力车，其最大加速度降低更多随着道路的速度很快。而最后一点很明显，事实上，有翼的车应该加快速度低于50公里/小时是一个有趣的观察，特别是考虑到角落退出对于喜欢越野速度和其他事件耐力（如机翼设置将使用）通常在30到60公里/小时范围。
利用这个模型，预测的运行时间为加速跑（0-75m）是
?翼车3.89秒
?非翅车3.70秒
这些数字是低的，因为他们忽视的影响转动惯量和假设零转换时间和完美的牵引，但提供的性能指标差高压力翼设置可以使。平[ 23 ]提供的效果更详细的分析班次，换档时间和最终传动比一个SAE方程式赛车的加速。如果同一包调整为测量低阻力（低压力）的设置中引用车辆参数，预测的时间差为加速事件大大缩小。
?低阻力设定，翼车3.80秒
在低阻力设定，CD值带翅膀的车。只有32%以上的翼少的汽车的价值，比140%更高的压力设置。进一步的分析表明，预测的时间差（0.10秒）之间的低阻带翅膀的车和没有翅膀的车是因为，在大致相等的部分，以机翼阻力和重量的翅膀自己。
刹车盘事件分析
防滑锅事件涉及汽车圈一个圆形轨道，直径15.25米。可以假设那车子重心的轨道半径为8.5米。课程设置为―八字‖与汽车从中心和完成连续2次进入对―八字‖每边圈。只有第二圈每侧的定时，作为车辆的一个测试最大稳态转弯速度。评价
翅膀上的防滑盘性能的影响，图最大速度与圆角半径可使用先前描述的参数生成（图4）。
预测的最大速度与圆角半径，为蒙纳士的FSAE赛车，与没有翅膀。8.5m泛滑半径表明
分析预测37的最大角速度
公里/小时的无翅的车和39公里/小时的翅汽车时代，相应的试车场：
?翼车4.93秒
?非翅车5.20秒
认为4.93秒的时间预测机翼的汽车稍微乐观了：?空气下压力略有减少在高横摆角测量等[ 1 ]和；
?的不成比例的高水平的影响簧下重量的转移将在后方的汽车，由于高的安装，簧下尾翼。
这种影响被量化，但不考虑在这个简化的模型帐户。更复杂的计算表明，考虑这些因素防滑盘车的性能与没有翅膀
接近相等。
越野/耐力事件分析
参加比赛的事件是一个单一的计时圈的过程大约800米长，配备了各种不同的直道，转在所描述的参数的障碍赛规则。耐力项目使用一个类似的课程，并两个司机都必须完成的圈数共计22公里，中间有一个驱动程序的变化。的燃油经济性的事件，这是判断的基础上在耐力项目的燃料，将不予考虑在这里。一个全面的单圈时间的模拟越野/耐力轨道（S）是一个彻底的要求添加翅膀的SAE方程式的影响分析汽车，但不会试图在这里。相反，使用已定义的车辆参数，转弯和汽车的制动性能将检查。已经提出了用于分析的汽车纵向加速度可以考虑有效的，在未改性的形式，为直线的耐力和越野加速部分事件。考虑到所有这些性能的预测，并与过去的轨道设计的知识，其净效果添加了对翅膀，2003蒙纳士SAE 方程式赛车，将被测量。图5显示了另一个图的最大速度与圆角半径（如图4），但在扩展域包括圆角半径在越野/耐力规则允许
图5：预测的最大速度与圆角半径，为蒙纳士的FSAE赛车，与没有翅膀。灰色阴影区表明增加过弯速度由于翅膀的加。
这些结果can also be‖by the最大转弯力速度of the less to give an因为翼指示转弯力相对差potential of the（图6）。
图6：预测相对转向潜力与速度，为蒙纳士的FSAE赛车，与没有翅膀。
相对偏电位显示图30和80公里/小时之间（角速度范围测量轨道，澳大利亚竞争2004），其翼车提供至少8%和高达30%更多的转向潜力。记录的跟踪数据以前的耐力事件表明，角速度0公里/小时及以下以上这些更常见。这意味着，平均涨幅在转弯的速度10%和15%之间的现实根据轨道设计。为获得最佳性能，通过频繁的障碍赛用于越野和耐力的轨道，一个公式SAE汽车需要能够高偏航加速度率。翅膀的添加是有益的，在这方面不利，根据给定的道路速度。在较低的速度，增加的极惯性矩由于翅膀除了会导致较低的偏航惯性加速度比基地车。然而，高于临界速度，由于增加抓地力下载将导致更高的潜在的偏航对于翼车的加速度。如果有足够的压力可以是相当小的产生极惯性矩增加，那么这个关键速度可以降低。如果它可以由低于基地车的速度通过障碍赛，然后飞汽车将通过这段路的速度，甚至之前被认为是潜在的增加转弯。一个显示相对最大偏航加速度图潜在的蒙纳士FSAE车和无翅膀下面（图6）。
图6：预测相对偏航加速度与速度的潜力，莫纳什FSAE赛车，与没有翅膀
从图6，在32公里/小时的最大公路速度的汽车横摆加速度是相等的。登录跟踪数据显示，翼不莫纳什FSAE赛车可以通过允许的最小回转限位（7.62M）在30公里/小时，最大道路速度，允许回转间距（15米）在57公里/小时。从这一点我们可以预测，翼车应该更快的通过任何尺寸的障碍，因为它具有一个等于或更高的横摆加速度潜力明显更高可能这样的速度转弯。最后，从制动，可以使用翼包描述始终是有利的相比于基地的汽车。明显的翅膀有少量的体重（12公斤）的总车辆的质量（317公斤）但这比补偿增加的反应力和阻力他们提供。这是通过考虑牵引有限的曲线绘制在图3，在有翼的车已经获得约50%更多的反应力在每小时100公里的速度。
结果摘要
总之，对于各种动态事件，它已被证明的理论（使用测量值），那翅膀2003蒙纳士的加入FSAE赛车的结果应：
加速事件：
?相似或略慢倍
防滑垫
?相似或稍微快一倍
汽车越野赛、耐力赛：
?稍慢的直线加速
?明显转向潜力
?类似于高偏航加速度势
?高回转速度
?明显更高的制动潜力
此外，它是假定的翅膀也会导致：
?增加燃料的使用
结论
一个高压力的初步规范一个SAE方程式赛车的空气动力学套件是描述。利用实验所得的值在配套文件中描述的测量，净这个包的动态事件性能的影响定量估计为2003蒙纳士SAE方程式赛车。这一分析预测，―翼‖计划将显著受益的汽车动态事件的表现。
致谢
作者特别是史葛沃德利想谢谢：鲍勃·怀特；罗恩lyddy米尼；德哈蒙德；尼克史葛特里沃罗younnes；肖恩；庄士敦；安妮卡哈维borzou shahsavand；戈登；抢劫harbig；安得烈勃兰特；该炉和杰斯穆尔，为他们的继续支持和多年的在这个项目上的辛勤工作同时，由于许多https://www.doczj.com/doc/4a11944868.html,论坛投稿，的问题，评论和建设性的批评有了这些论文的写作。作者还要感谢实质机械部的支持工程，莫纳什大学。
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附录1：
变速箱比
（所有的比率包括主复位）
股票本田CBR 600 CC
第一档：5.45
第二档：3.84
第三档：3.07 第四档：2.55 第五档：2.24 第六档：2.03
1．有一个矩形蓄水池，长100cm ，水高 80cm ，当蓄水池以等加速度 向右运动时，求角落A 点的表压。 2．已知),(),(2211b a b a 和分别点源Q 和点涡Г， 求壁面上的速度分布。 3．空气在管道中等熵流动。在截面A 马赫数为0.3，面积为0.001m 2，绝对压强及绝对温度分别为650kPa 及335.15K 。在截面B 的马赫数为0.8，求B 截面处的截面积、压强、温度、密度及总压。 4. 二维流动ｘ方向速度分量为by bx ax u +-=2。若该流动为定常的不可压位流，求ｙ方向的速度分量大小。 2 /5s m a =
判断题，在正确的后面画“√”，在错误的后面画“×” １．①只有在有势力作用下流体才能平衡。（）②在非有势力作用下流体也可以平衡。（）③在有势力作用下流体一定平衡。（）④以上均不正确。（） ２．经过激波后，①总压保持不变。（）②总温保持不变。（）③熵保持不变。（）④总密度保持不变。（） 经过膨胀波后，①总压保持不变。（）②总温保持不变。（）③熵保持不变。（）④总密度保持不变。（） ３．临界声速①大小取决于当地温度（）②大小取决于总温度（）③是流动中实际存在的声速（）④与管道的形状有关（） ４．激波是由无数微小的压缩扰动被叠加而成的强压缩波。①为了在一维管道内让后面的压缩波赶上前面的压缩波，活塞必须以超声速推进。（）②活塞的推进速度大于激波的推进速度（）③在二维或三维流场中物体必须以超声速运动才能产生激波（）④在定常的二维或三维流场中物体的前进速度和激波的推进速度相等（） ５．一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的条件为①理想流体（）②粘性流体（）③可压缩流体（）④不可压缩流体（） 6. ①马赫数越大，表示单位质量气体的动能和内能之比越大（） ②方向决定的斜激波可以出现强波，也可以出现弱波（）③超声速气流内折同一角度时，分两次折转比折转一次的总压损失要大（）④斜激波后的气流速度一定是亚声速的（） 7．①若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的熵增必大于可逆途径的熵增。（）②在圆柱体的有环量绕流中，圆柱体的表面一定存在驻点（）③二维理想不可压缩流体的绕流中，阻力一定为零（）④点涡所诱导的流场是有旋流场（）。 填空题
第 一章 1.1解：）（k s m 84.259m k R 2 2328315 ?=== - 气瓶中氧气的重量为 1.2解：建立坐标系 根据两圆盘之间的液体速度分布量呈线性分布 则离圆盘中心r ，距底面为h 处的速度为 当n=0时 u=0推出0u 0= 当n=h 时 u=wr 推出h wr k = 则摩擦应力τ为 上圆盘半径为r 处的微元对中心的转矩为 则? ? = =T 2D 0 3 3 20 32 D u drd h r u ωπθωπ 1.4解：在高为10000米处 T=288.15-0.0065?10000=288.15-65=223.15 压强为 ?? ? ??=Ta T Pa P 5.2588 密度为2588 .5Ta T a ? ? ? ??=ρρ 1-7解:2M KG 24.464RT P RT p == ∴=ρρ 空气的质量为kg 98.662v m ==ρ 第二章 2-2解流线的微分方程为 y x v dy v dx = 将v x 和v y 的表达式代入得 ydy x dx y x 2dy x y 2dx 2 2==， 将上式积分得y 2-x 2=c ，将（1，7）点代入得c=7 因此过点（1，7）的流线方程为y 2-x 2=48 2-3解:将y 2+2xy=常数两边微分 2ydy+2xdx+2ydx=0 整理得ydx+（x+y ）dy=0 （1）
将曲线的微分方程y x V dy V dy = 代入上式得 yVx+（x+y ）V y =0 由22y 2xy 2x V ++=得 V x 2+V y 2=x 2+2xy+y 2 （（2） 由（1）（2）得()y v y x v y x μ=+±=， 2-5解:直角坐标系与柱坐标系的转换关系如图所示 速度之间的转换关系为{ θ θθθ θθcos v sin v v sin v cos v v r y r x +=-= 由θθθ θθθcos r 1 y v sin y r sin r 1x v cos x r rsin y rcos x =??=?????? ?-=??=??????== 2-6解：（1） siny x 3x V 2x -=?? siny x 3y V 2y =?? 0y V x V y x =??+?? ∴此流动满足质量守恒定律 （2）siny x 3x V 2x =?? siny x 3y V 2 y =?? 0siny x 6y V x V 2y x ≠=??+?? ∴此流动不满足质量守恒定律 （3）V x =2rsin r xy 2=θ V y =-2rsin 2 r y 22 - =θ ∴ 此流动不满足质量守恒方程 （4)对方程x 2+y 2=常数取微分，得 x dy dy dx -= 由流线方程y x v dy v dx = (1) 由）（得2r k v v r k v 422 y 2x =+= 由（1）（2）得方程3x r ky v ± = 3 y r kx v μ= ∴此流动满足质量守恒方程 2—7解：0x V z V 0r yz 23r yz 23z V y V z x 2727y z =??-??=?+?-=??-??同样 0y V x V x y =??-?? ∴该流场无旋
(1~6) 一、概念 1、理想流体：忽略粘性的流体。 2、粘性：当流体各流层间发生相对滑移时，流体内部表现出阻碍这种相对滑移的性质。 3、完全气体：忽略气体分子的体积，忽略分子间引力和斥力，忽略碰撞完全弹性。 4、等温压缩系数：在可逆定温过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 5、绝热压缩系数：在可逆绝热过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 6、热胀系数：在准平衡等压过程中，温度每升高一个单位体积的膨胀率。 7、功率系数：风（空气）实际绕流风机后，所产生的功率与理论最大值P max=1/2ρV02A之比。 8、贝兹极限：功率系数的最大值，其数值为0.593。 9、弦长：前、后缘点所连接直线段的长度。 10、骨架线（中轴线）：风力机叶片截面上内切圆圆心的连线。 11、弯度、最大弯度：中轴线与几何弦长的垂直距离称为弯度；中轴线上各点弯度不同，其中最大值为最大弯度。 12、拱度、最大拱度：截面上弦的垂线与轮廓线有两个交点，这两个交点之间的距离称为拱度；截面上弦的垂线上的拱度不同，其中最大值为最大拱度。13、NACA4412：“NACA”，美国航空总局标志；第一个“4”，表示最大弯度出现在弦上距前缘点4/10弦长处；第二个“4”，表示最大弯度为弦长的4%；“12”表示最大拱度为弦长的12%。 14、简述绕流翼型产生升力的原因。 无穷远处均匀来流，绕流如图所示翼型，在尾部锐缘点处产生一个逆时针的漩涡，均匀来流无涡，因此在翼型表面形成一个与尾涡大小相当，方向相反，顺时针漩涡，使上表面流速加快，下表面流速减慢，由伯努利方程，上表面流速减慢，压力增大，上下表面压差产生升力。 15、写出理想流体的伯努利方程（不计重力），并说明其物理意义。 P+1/2ρV2=常数（P/ρ+1/2=常数） 物理意义:流体压力势能与动能之间相互转化，二者之和守恒。 16、简述风能本身及当前风力发电产业链的优缺点。 风能本身优点：清洁、可再生、无污染、分布广 缺点:过于分散、难于收集、稳定性差 风力发电产业链优点：可再生、分布广 缺点：过于分散、难于集中与控制、稳定性差、使用寿命短、成本高17、风力机叶轮转速是多少？20~50r/min 励磁电机转速是多少？1000r/min、1500r/min、3000r/min 如何实现变速？通过变速齿轮箱来实现 二、图表分析与简答。 1、P27 图4.4 ①推力系数C T关于a=0.5对称。当a=0.5时，C T取最大值，C Tmax=1;当a=0或1时，C T取最小值C Tmin=0;②功率系数C p在a≈0.33时，取最大值，C pmax≈0.59
空气动力学题库21-1- 8
问题： [单选]下列说法错误的是（） A.流体的粘性和逆压梯度是边界层分离的必要条件 B.粘性流体运动的基本性质有：运动的有旋性、旋涡的扩散性、能量的耗散性 C.曲壁面上的边界方程与平壁面上的完全相同 D.雷诺数代表作用在流体为团上的惯性力与粘性力之比
问题： [多选]下列关于粘性的说法正确的是（） A.由于实际流体都存在粘性，所以实际流体中存在剪切力。 B.液体的动力粘性系数随温度的升高而减小，气体的动力粘性系数随温度的升高而增大。 C.压强越大，粘性系数越大。 D.粘性的存在是产生阻力的重要原因。
问题： [多选]下列关于压强的说法正确的是（） A.在理想流体中，其任意一点仅存在法向正应力；在粘性流体中，不仅存在法向正应力，也存在切应力。 B.在理想流体的任意点处，如果受压方位不同，那么压强也不同。 C.当流体平衡时，压强沿某个方向的偏导数，等于单位体积的质量力在该方向的分量。 D.有粘性的运动流体，严格说来压强指的是三个互相垂直方向的法向力的平均值（加负号）。 出处：天津11选5 https://www.doczj.com/doc/4a11944868.html,;
问题： [单选]下列说法错误的是（） A.流体质点是宏观上组成流体的最小单元：一个包含一定质量的空间点。 B.流体微团是由连续质点组成的质点系。 C.在流体力学中，系统是指有任何确定流体质点组成的团体。 D.在不可压缩流体中，密度处处是同一常数。
问题： [多选]下列关于势函数和流函数的说法错误的是（） A.在平面不可压流场中，势函数和流函数同时存在。 B.势函数在某个方向的偏导数等于速度在那个方向的分量。 C.流函数线的切线方向与速度矢量方向重合。 D.过同一点的等速度势函数线与等流函数线正交
北航空气动力学选择题 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
2号 1、下列说法不正确的是：C A、气体的动力粘性系数随温度的升高而升高。 B、液的动力粘性系数随温度的升高而降低。 C、有黏静止流体的压强为三个互相垂直方向的法向应力的平均值。 D、有黏运动流体的压强为三个互相垂直方向的法向应力的平均值。 2、下列说法不正确的是：D A、欧拉法认为引起流体质点速度变化的原因有流场的不均匀性和非定常性。 B、迁移加速度中的任何一项都是速度分量与同一方向的导数的乘积。 C、随体导数可用于P，T，V。 D、流体质点的迹线表示同一质点不同时刻的轨迹线，流线在同一时刻由不同流体质点组成，两者一定不重合。 3、下列说法正确的是：A A、对于密度不变的不可压流，速度的散度必为0。 B、对于密度不变的不可压流，速度的旋度必为0。 C、对于密度不变的不可压流，一定有位函数。 D、对于无旋流，速度的散度必为0。 4、下列说法正确的是：B A、连续方程只适用于理想流体。 B、伯努利方程只适用于理想流体的定常流动。 C、欧拉运动微分方程只适用于无旋流体。 D、雷诺运输方程只适用于理想流体的定常流动。
5、下列说法不正确的是：C A、流体的粘性是指流体抵抗剪切变形的能力。 B、流体的粘性剪应力是指由流体质点相对运动而产生的应力。 C、粘性静止流体具有抵抗剪切变形的能力。 D、粘性运动流体具有抵抗剪切变形的能力。 3号 1、流体的易流动性是指 c A、在任何情况下流体不能承受剪力 B、在直匀流中流体不能承受剪力 C、在静止状态下流体不能承受剪力 D、在运动状态下流体不能承受剪力 2、下列关于流体压强的各向同性描述不正确的是 d A、静止状态下的粘性流体内压强是各向同性的 B、静止状态下的理想流体内压强是各向同性的 C、运动状态下的理想流体内压强是各向同性的 D、运动状态系的粘性流体内压强是各向同性的 3、下列关于流向的描述不正确的是 d A、流线上某点的切线与该点的微团速度指向一致 B、在定常流动中，流体质点的迹线与流线重合 C、在定常流动中，流线是流体不可跨越的曲线 D、在同一时刻，一点处不可能通过两条流线 4、下列关于不可压流体的表述正确的是 c
（1~6） 一、概念 1、理想流体：忽略粘性的流体。 2、粘性：当流体各流层间发生相对滑移时，流体内部表现出阻碍这种相对滑移的性质。 3、完全气体：忽略气体分子的体积，忽略分子间引力和斥力，忽略碰撞完全弹性。 4、等温压缩系数：在可逆定温过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 5、绝热压缩系数：在可逆绝热过程中，压力每升高一个单位体积的缩小率。 6、热胀系数：在准平衡等压过程中，温度每升高一个单位体积的膨胀率。 7、功率系数：风（空气）实际绕流风机后，所产生的功率与理论最大值 P maX=1/2 'V o2A 之比。 8贝兹极限：功率系数的最大值，其数值为0.593。 9、弦长：前、后缘点所连接直线段的长度。 10、骨架线（中轴线）：风力机叶片截面上内切圆圆心的连线。 11、弯度、最大弯度：中轴线与几何弦长的垂直距离称为弯度；中轴线上各点弯度不同，其中最大值为最大弯度。 12、拱度、最大拱度：截面上弦的垂线与轮廓线有两个交点，这两个交点之间的距离称为拱度；截面上弦的垂线上的拱度不同，其中最大值为最大拱度。 13、 NACA4412 :“NACA ”，美国航空总局标志；第一个“ 4”，表示最大弯度出现在弦上距前缘点4/10弦长处；第二个“4”，表示最大弯度为弦长的4%; “12” 表示最大拱度为弦长的12%。 14、简述绕流翼型产生升力的原因。 无穷远处均匀来流，绕流如图所示翼型，在尾部锐缘点处产生一个逆时针的漩涡，均匀来流无涡，因此在翼型表面形成一个与尾涡大小相当，方向相反，顺时针漩涡，使上表面流速加快，下表面流速减慢，由伯努利方程，上表面流速减慢，压力增大，上下表面压差产生升力。 15、写出理想流体的伯努利方程（不计重力），并说明其物理意义。 P+1/2 ‘V2=常数（P/ '+1/2=常数） 物理意义:流体压力势能与动能之间相互转化，二者之和守恒。 16、简述风能本身及当前风力发电产业链的优缺点。 风能本身优点：清洁、可再生、无污染、分布广缺点:过于分散、难于收集、稳定性差 风力发电产业链优点：可再生、分布广 缺点：过于分散、难于集中与控制、稳定性差、使用寿命短、成本高 17、风力机叶轮转速是多少？20~50r/mi n 励磁电机转速是多少？1000r/min、1500r/min、3000r/min 如何实现变速？通过变速齿轮箱来实现 二、图表分析与简答。 1、P27 图 4.4 推力系数C T关于a=0.5对称。当a=0.5时，C T取最大值，C TmaX=1;当a=0 或1时，C T取 最小值C Tmin=0;功率系数C P在a 0.33时，取最大值，C PmaX 0.59
空气动力学试卷A 选择题（每小题2分，共20 分） 1. 温度是表示一个（）的特性。 A. 点 B. 线 C. 面 D.体 2. 通常压强下，空气是否有压缩性（） A. 无 B. 有 C.不确定 D.以上都有可能 3. 升力系数的 表达式为（） A. B. C. D. 4. 矢量的和的矢量积（叉乘） 符合（） A. 左手法则 B. 右手法则 C. 左、右手法则都符合 D. 左、 右手法则都不符合 5. 下列哪种情况出现马赫锥：( ) 小扰动在静止空气中传 播小扰动在亚声速气流中传播小扰动在声速气流中传播小扰动在超声速气流 中传播 6. 膨胀波是超声速气流的基本变化之一，它是一种（）的过程： A. 压 强上升，密度下降，流速上升 B. 压强下降，密度下降，流速下降 C. 压强下降， 密度下降，流速上升 D. 压强上升，密度下降，流速下降 7. 边界层流动中， 边界层内流体的特性是：( ) A. 流速在物面法向上有明显的梯度，流动是有旋、 耗散的 B. 流速在物面法向上无明显的梯度，流动是有旋、耗散的 C. 流速在物 面法向上有明显的梯度，流动是无旋的 D. 流速在物面法向上无明显的梯度，流 动是无旋的 8. 低速翼型编号NACA2412中的4表示什么：( ) A. 相对弯度为 40% B. 相对弯度的弦向位置为40% C. 相对厚度为40% D. 相对厚度的弦向位置 为40% 9. 对于一个绝热过程，如果变化过程中有摩擦等损失存在，则熵必有 所增加，必然表现为：( ) A. B. C. D.不能确定10. 马赫数Ma的表达式为：( ) A. B. C. D. 二、填空题（每小题3分，共15分） 1. 流体的压强就是气 体分子在碰撞或穿过取定表面时，单位面积上所产生的法向力。定义式是：
试题一 一、填空题 （每空1分，共30分） １、一个标准大气压= ㎜Hg ≈ Pa= bar，一个工程大气压= ㎜H O≈ Pa 。 2 2、完全气体是指的气体，一般情况下只要是压力不和温度不的气体都可以当作完全气体。 3、通用气体常数（μR）≈（J/mol·K）。 4、平衡状态必须满足的三个条件是、和。 5、热力循环中体系对外界所做的功?= dw。 6、马赫数的定义式为，它是气流的衡量指标。飞机飞行马赫数的定义为。 7、空速管是应用方程的原理制成的。 8、飞机机翼的迎角是指，在时为正，时为负。 9、后掠机翼由于后掠角的存在会产生效应和效应，其主要原因是。 10、在细长三角翼上产生的升力有和两部分，其中的变化与迎角成非线性关系。 11、飞机保持平飞所必须满足的两个运动方程是和。 12、在保持其它条件不变时，螺旋桨的拉力随飞机飞行速度的增大而，随发动机转速增大而。 二、判断题（每小题1分，共10分） 1、热量只能从温度高的物体传给温度低的物体。（） 2、各种完全气体在同温同压下的体积相等。（） 3、完全气体在等温变化过程中从外界吸入的热量全部用来对外界做功。 （） 4、所有工作于两个定温热源之间的热机，热效率相等。（） 5、变截面管流中，气流在管道面积小的地方流速快，而在管道面积大的地方流 速慢。 （） 6、气流的滞止参数就是气流速度为零的参数。（） 7、拉伐尔管的最小截面就是临界截面。（） 8、飞机的升力随着飞行速度的增大而增大。（）
9、在一定的高度和一定的迎角时，飞机只能以一定飞行速度平飞。（） 10、飞机具有速度稳定性的条件是：飞行速度增大时，升力增大，飞行速度减小 时，升力减小。 （） 三、简答题（每小题5分，共30分） １、请写出飞机极线图中A、B、C三点所对应的迎角及其定义。 2、什么叫做状态量和过程量？在我们学习过的参数中各列举两个状态量和过程量。 3、音速的定义是什么？写出音速的两种形式的计算公式，影响音速大小的因素有哪些? 4、激波形成的条件是什么？它按形状可以分为哪几种？它们的强度哪个最强？并示意地画出各自的形状.
钱 第一章 1.1解：）（k s m 84.259m k R 2 2328315 ?=== - RT p ρ= 36 m kg 63.506303 2.5984105RT P =??==ρ 气瓶中氧气的重量为 354.938.915.0506.63G =??==vg ρ 1.2解：建立坐标系 根据两圆盘之间的液体速度分布量呈线性分布 则离圆盘中心r ，距底面为h 处的速度为 0u kn u += 当n=0时 u=0推出0u 0= 当n=h 时 u=wr 推出h wr k = 则摩擦应力τ为 h wr u dn du u ==τ 上圆盘半径为r 处的微元对中心的转矩为 θθτdrd h wr u r rdrd h wr u r dA d 3 =?=?=T 则? ? = =T 2D 0 3 3 20 32 D u drd h r u ωπθωπ 1.4解：在高为10000米处 T=288.15-0.0065?10000=288.15-65=223.15 压强为 ?? ? ??=T a T Pa P 5.2588 M KN 43.26Ta T pa p 2588 .5=? ? ? ??=
密度为2588 .5T a T a ? ? ? ??=ρρ m kg 4127.0Ta T a 2588 .5=? ?? ??=∴ρρ 1-7解:2M KG 24.464RT P RT p == ∴=ρρ 空气的质量为kg 98.662v m ==ρ 第二章 2-2解流线的微分方程为 y x v dy v dx = 将v x 和v y 的表达式代入得 ydy xdx y x 2dy xy 2dx 22==， 将上式积分得y 2-x 2=c ，将（1，7）点代入得c=7 因此过点（1，7）的流线方程为y 2-x 2=48 2-3解:将y 2+2xy=常数两边微分 2ydy+2xdx+2ydx=0 整理得ydx+（x+y ）dy=0 （1） 将曲线的微分方程y x V dy V dy = 代入上式得 yVx+（x+y ）V y =0 由22y 2xy 2x V ++=得 V x 2+V y 2=x 2+2xy+y 2 （（2） 由（1）（2）得()y v y x v y x =+±=， 2-5解:直角坐标系与柱坐标系的转换关系如图所示 速度之间的转换关系为{ θ θθθ θθcos v sin v v sin v cos v v r y r x +=-= 由θθθ θθθcos r 1 y v sin y r sin r 1x v cos x r rsin y rcos x =??=???????-=??=??????==
风力机空气动力学常识 作者：曹连芃 关键字：翼型,升力，阻力，相对风速，攻角，失速迎角，叶尖速比，贝茨极限，雷诺数，实度 风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视，风力发电已成为重要的新能源。对于想学习风力发电的朋友应该学习一些风力机空气动力学的基础知识。 升力与阻力 风就是流动的空气，把一块薄的平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力。 我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，D为阻力，当平板静止时，受阻力虽大但气流并未对平板做功；只有平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。一般说来受阻力运动的平板速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。 当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零。 当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成负压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L，阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。
当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。 飞机的翼片是用来产生升力的，一般翼片上表面弯曲，下表面平直，即使翼片与气流方向平行也会有升力，因为翼片上表面弯曲，下表面平直，上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。由于飞机翼片截面为流线型，受气流阻力很小。 当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，升力会增大，阻力也会增加，适当选择翼片的攻角可获得最大的升力，尽量小的阻力。
空气动力学期末复习题 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
第一章 一：绪论；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 6、摄氏温度、华氏温度和绝对温度的单位分别是什么——C F K 二：大气的重要物理参数 1、海平面温度为15C 时的大气压力为多少——、760mmHg 、。 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：大气层的构造；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=1013psiT=15℃ρ=1、225kg／m3 B、P=1013hPA、T=15℃ρ=1、225 kg／m3 C、P=1013psiT＝25℃ρ=1、225 kg／m3 D、P=1013hPA、T＝25℃ρ=0、6601 kg／m3 7.马赫数-飞机飞行速度与当地音速之比。 四：气象对飞行的影响；大气状况对机体腐蚀的影响 1、对飞机飞行安全性影响最大的阵风是:(A) A、上下垂直于飞行方向的阵风 B、左右垂直子飞行方向的阵风 C、沿着飞行方向的阵风逆着 D、飞行方向的阵风 2、飞机起飞和着陆应尽量利用（逆风）条件。 3、对飞机起飞降落的安全性威胁最严重的气象条件是（低空风切变）。 4、大气相对湿度超过临界值时，机体腐蚀会由（化学）腐蚀变为（电化学）腐蚀，腐蚀速度将变快。 第二章 流体运动的基本概念 1、飞机相对气流的方向与飞机（D）方向相反。 A、机头 B、机身 C、机翼 D、运动 2、利用风可以得到飞机气动参数，其基本依据是(B) A、连续性假设
空气动力学习题集 1 空气的组成为: 答案：C 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 2 在大气层内，大气密度：答案：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。 3 对于空气密度如下说法正确的是：答案：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 4 绝对温度的零度是: 答案：C A-273F B-273K C-273C D32F 5 大气层内，大气压强：答案：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。D随高度增加也可能增加，也可能减小。 6 “一定体积的容器中，空气压力”答案：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
C与空气密度和空气绝对温度乘积成反比D与空气密度和空气绝对温度积成正比 7“一定体积的容器中，空气压力”答案：D 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乘积成反比D与空气密度和空气绝对温度乘积成正比 8流体的粘性系数与温度之间的关系是：答案：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。 9．对于具有静稳定性的飞机向左侧滑行时机头会（B） A不变B左转C右转B不定 10假设其他条件不变，空气湿度大：答案：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 11增加垂直安定面的面积产生的影响：答案：B
一、填空题 整体认识 1、750风力发电机组采用（水平）轴、三叶片、（上）风向、定桨距（失速）调节、（异步）发电机并网的总体设计方案 2、单级异步发电机与齿轮箱之间采用了（膜片式）联轴器连接，该联轴器既具有（扭矩传递）功能，又具有（扭矩过载）保护作用 3、750机组设置了齿轮润滑油（加热装置），外接（强迫油冷却）装置、发电机（加热）除湿装置、散热系统等。 4、机组的软并网装置可将电流限定在额定值的（1.5）倍之内；机组的无功补偿装置可保证功率因数在额定功率点达到（0.99）以上。 5、整个机组由计算机控制，数据自动（采集处理）、自动运行并可远程监控。 6、750机组安全系统独立于（控制系统），包括相互独立、（失效保护）的叶尖气动刹车和两组机械刹车。 7、750机组的切入风速（4.0）m/s，额定风速（15）m/s，切出风速10分钟均值（25 ）m/s 。 8、齿轮箱的弹性支撑承担着齿轮箱的全部重量。由于弹性支撑是主轴的一个（浮动）支点，也承担着主轴的部分重量。 9、S48/750机组叶轮转速是（22.3）rpm ，叶片端线速度（56）m/s 。 10、齿轮箱的齿轮传动比率是（67.9），润滑形式（压力强制润滑）。
异步发电机 1、原动机拖动异步电机, 使其转子转速n 高于旋转磁场的（同步转速）,即使转差率s< 0, 就变成异步发电机运行。 2、风力发电机选用（H）级的绝缘材料。 3、异步发电机本身不能提供激磁电流，必须从电网吸取（无功励磁）功率以建立磁场 4、三相异步发电机的基本结构与三相异步电动机（相同）。 5、异步发电机输向电网的电流频率和它自身的转差率（无关）。 6、发电机基本参数 额定功率（750 ） kW 额定电压（690） V 额定电流（690） A 额定转速（1520） rpm 额定滑差（1.33） % 绝缘等级（H） 8、750kW风力发电机为卧式、（强迫）通风、三相铜条（鼠笼异步）发电机。 9、发电机的自然（功率因数）要尽可能高，以减少对电网无功功率
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
北京航空航天大学飞机总体设计期末试卷1 参考答案 一、填空题………………………………………………………(每空0.5分，共15分) 1. 按照三个主要阶段的划分方式，飞机设计包括概念设计， 初步设计， 详细设计； 其中第一个阶段的英文名称为Conceptual Design。 2. 飞机的主要总体设计参数是设计起飞重量, 动力装置海平面静推力, 机翼面积.相对参数是推重比,翼载荷. 3. 在机翼和机身的各种相对位置中，二者之间的气动干扰以中单翼的气动干扰最小，从结构布置的情况看上单翼，下单翼的中翼段比较容易布置。 4. 对于鸭式飞机而言,机翼的迎角应小于前翼的迎角。 5. 机翼的主要平面形状参数中的组合参数为展弦比， 根梢比（或尖削比、梯形比)。 6. 假设某型战斗机的巡航马赫数为1.3，若使其在巡航时处于亚音速前缘状态，则机翼前缘后掠角的范围应为大于39.7°。 7. 武器的外挂方式包括（列举4种）__________，___________，____________， ____________。 答案：机身外挂、机翼外挂、翼尖悬挂、保形运载、半埋式安装中任意4种。 8. 根据衡量进气道工作效率的重要参数，一个设计良好的进气道应当总压恢复高, 出口畸变小， 阻力低，工作稳定。 9. 布置前三点式起落架时应考虑的主要几何参数包括擦地角，防倒立角，防侧翻角，前主轮距，主轮距，停机角。 二、简答题:………………………………………………………………………( 65分) 1. 飞机总体设计有什么主要特点（需简要阐述）？ 6分 答： 1）科学性与创造性 飞机设计要应用航空科学技术相关的众多领域（如空气动力学、结构力学、材料学、自动控制、动力技术、隐身技术）的成果；为满足某一设计要求，可以有多种可行的设计方案，即总体设计没有“标准答案”。 2）飞机设计是反复循环迭代的过程。 3) 高度的综合性：飞机设计需要综合考虑设计要求的各个方面，进行不同学科专业间的权衡与协调。 评分标准：2分／点，第一点中对“众多领域”的举例不必完全列出。 2. 飞机型式选择的主要工作有哪几个方面? 9分 答：飞机型式选择的主要工作集中到以下几个方面: 1) 总体配平型式的选择； 2) 机翼外形和机翼机身的相互位置； 3) 尾翼的数目、外形及机翼机身的相互位置； 4) 机身形状，包括座舱、使用开口及武器布置等； 5) 发动机和进气道的数目和安装位置，包括燃油的大致装载位置等； 6) 起落架的型别、收放型式和位置。 评分标准：1.5分／点 3. 简述鸭式布局的设计特点 5分 答：
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第一章风力发电的历史与发展 填空题 1、中国政府提出的风电规划目标是2010 年全国风电装机达到（500 万千瓦），到2020 年风电装机达到（3000 万千瓦）。2020 年之后风电超过核电成为第三大主力发电电源，在2050 年前后（达到或超过 4 亿千瓦），超过水电，成为第二大主力发电电源。 简答题 1、风力发电的意义？ （1）提供国民经济发展所需的能源 （2）减少温室气体排放 （3）减少二氧化硫排放 （4）提高能源利用效率，减轻社会负担 （5）增加就业机会 2、风力机归纳起来，可分为哪两大类？ （1）水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行， （2）垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向， 3、风电机组发展趋势？ （1）从定桨距(失速型)向变桨距发展 （2）从定转速向可变转速发展 （3）单机容量大型化发展趋势
第二章风资源与风电场设计 填空题 1、风能大小与（气流通过的面积）、（空气密度）和（气流速度的立方）成（正比）。 2、风速的测量一般采用（风杯式风速计）。 3、为了描述风的速度和方向的分布特点，我们可以利用观测到的风速和风向数据画出所谓的（风向玫瑰图）。 4、风电场的机型选择主要围绕风电机组运行的（安全性）和（经济性）两方面内容，综合考虑。 简答题 1、简述风能是如何的形成的 在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响 2、风能的基本特征？ （1）风速 （2）空气密度与叶轮扫风面积 （3）风能密度 （4）叶轮气流模型 3、测风注意事项？ 最佳的风速测量方法是在具有风资源开发潜力的地区安装测风塔，测风高度与预装风电机组的轮毂高度尽量接近，并且测风设备安装在测风塔的顶端，这样，一方面可以减小利用风切变系数计算不同高度处的风速所带来的不确定性，另一方面也可以减小测风塔本身对测风设备造成的影响（塔影效益），如果测风设备安装在测风塔的中部，应尽量使侧风设备的支架方向与主风向保持垂直，并使侧风
<<航空概论>> 1、气体的物理参数压力（P）、密度（ρ）、温度（T）三者之间的变化关系可以用气体状态方程式（ D ）来表示； A、ρ=PRT B、T=PRρ C、P=Rρ/ T D、P=RρT 2、国际标准大气规定，海平面上的大气压力为（ B ）牛/平方厘米，大气温度为（）℃，大气密度为（）千克/立方米； A、1012 / 17 /1.225 B、10.12 / 15 / 1.225 C、10.12 / 15 / 122.5 D、10.12 / 0 / 1.225 3、飞机水平尾翼的最主要作用是（ B ）； A、产生升力 B、俯仰稳定性 C、横向稳定性 D、方向稳定性 4、下列（ A ）的叙述不属于平流层的特点； A、含有大量的水蒸气及其他微粒 B、温度大体不变，平均在-56.5℃ C、没有上下对流，只有水平方向的风 D、空气质量不多，约占大气层总质量的1/4 5、空气的物理性质主要包括（ C ）； 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 6、下列（ B ）的叙述属于对流层的特点； A、空气中几乎没有水蒸气 B、空气上下对流激烈 C、高度升高气温迅速上升 D、空气中的风向风速不变 7、流体的连续性定理是（ C ）在空气流动过程中的应用； A、能量守衡定律 B、牛顿第一定律 C、质量守衡定律 D、牛顿第二定律 8、下列（ D ）的叙述是错误的； A、伯努利定理的物理实质是能量守衡定律在空气流动过程中的应用 B、物体表面一层气流流速从零增加到迎面气流流速的流动空气层叫做附面层 C、空气粘性的物理实质是空气分子作无规则运动的结果
D、气流低速流动时，在同一流管的任一切面上，流速和流管的横切面积始终成正比 9、机翼翼弦线与飞机机体纵轴线之间的夹角是（ D ）； A、机翼的后掠角 B、机翼的上反角 C、机翼的迎角 D、机翼的安装角 10、下列（ D ）的叙述与伯努利定理无关； A、气流流速大的地方压力小，气流流速小的地方压力大 B、气流稳定流过一条粗细不等的流管时，气流的总能量是不变的 C、气流沿流管稳定流动过程中，气流的动压和静压之和等于常数 D、气流流过流管时，流管粗的地方流速小，流管细的地方流速大 11、根据连续性定理和伯努利定理可知，稳定气流的特性为（ A ）： A、流管横截面积小的地方，流速就大，压力就小 B、流管横截面积小的地方，流速就小，压力就高 C、流管横截面积大的地方，流速就小，压力就小 D、流管横截面积大的地方，流速就大，压力就高 12、机翼升力的产生主要靠（ C ）的作用； A、机翼上表面压力 B、机翼下表面压力 C、机翼上表面吸力 D、机翼下表面吸力 13、测量机翼的翼弦长度是从（ C ）； A、翼尖到翼尖 B、机翼的连接点到翼尖 C、机翼前缘到后缘 D、最大上弧线到基准线 14、翼型中弧线的最高点距翼弦的距离与弦长的比值的百分数，叫做翼型的（ B ）； A、相对厚度 B、相对弯度 C、相对最大厚度位置 D、翼型弦长 15、在飞机机翼的展弦比里，包括（ B ）物理因素； A、机翼的厚度和翼弦 B、机翼的翼展和翼弦 C、机翼的上反角和迎角 D、机翼的后掠角和迎角 16、机翼翼弦线与相对气流之间的夹角是（ C ）； A、机翼的后掠角 B、机翼的上反角 C、机翼的迎角 D、机翼的安装角 17、机翼空气动力的方向（ A ）； A、与相对气流流速垂直 B、与相对气流流速平行 C、与翼弦线垂直 D、垂直向上
北京航空航天大学 2008－2009学年第二学期 考试统一用答题册考试课程空气动力学（Ⅰ）（A卷）班级成绩 姓名学号 2009年6月18日
一、选择题（在所选括号内选择一个正确答案 ，每小题4 分，共16分） 1．流体具有以下那几个属性 a. 所有流体不能保持固定的体积（） b. 流体能保持固定的形状（） c. 在任何状态下，流体不能承受剪切力（） d. 在静止状态下，流体几乎不能承受任何剪切力（）2．流体微团的基本运动形式包括 a. 仅有平移运动（） b. 平移运动与整体旋转运动（） c. 平移运动、整体旋转运动和变形运动（） d. 平移运动、旋转运动和变形运动（）3．以下说法正确的是 a. 理想流体运动的速度势函数满足拉普拉斯方程（） b. 理想不可压缩流体的运动存在速度势函数（） c. 理想流体无旋流动的速度势函数满足拉普拉斯方程（） d. 理想不可压缩流体无旋流动的速度势函数满足拉普拉斯方程（）4．在边界层内 a. 流体微团所受的粘性力大于惯性力 ( ) b. 流体微团所受的粘性力大于压力 ( ) c. 流体微团所受的粘性力小于惯性力 ( ) d. 流体微团所受的粘性力与惯性力同量级 ( ) 二、填空题（在括号内填写适当内容，每小题4分，共16 分） 1．流动Re数是表征（）。根据其大小可以用来判别流动的（）。在圆管中，流动转捩的下临界Re数为（）。 2．沿空间封闭曲线L的速度环量定义为（），如果有涡量不为零的涡线穿过该空间曲线所围的区域，则上述速度环量等于（）。 3．写出在极坐标系下，速度势函数与径向、周向速度分量之间的关系。 （）
4.一维定常理想不可压流伯努利方程（欧拉方程沿流线的积分）写为（ ）；一维定常绝热流能量方程写为（ ）。 三、 简答题（每小题4分，共16分） 1．用图形说明理想不可压缩流体有环量圆柱绕流，随涡强Г增大时流线的变化图谱。 2．分别写出流体微团平动速度、旋转角速度、线变形与角变形速率的分量表达式。 3.简述绕流物体压差阻力产生的物理机制。工程上减小压差阻力的主要措施是什么。 4．试简要说明超音速气流通过激波和膨胀波时，波前、后气流参数（速度、压强、温度、密度）的变化趋势是什么，并说明是否为等熵过程。 四、 计算题（共52分） 1．已知流函数323ay y ax -=ψ 表示一个不可压缩流场。①请问该流动是 有旋的还是无旋的？如果是无旋的，请求出势函数。②证明流场中任意一点的速度的大小，仅仅取决于坐标原点到这点的距离。（10分） 2．为了测定圆柱体的阻力系数Cd ，将一个直径为d 、长度为L 的圆柱垂直放入风洞中进行试验，设风洞来流为定常不可压缩均匀流，在图示1-1和2-2断面上测得速度分布，这两个断面上压力分布均匀为大气压Pa ，上下远离柱体的流线处压强也为大气压。试求圆柱的阻力系数。Cd 定义为： 其中，D 为圆柱的阻力， 为空气密度， 为风洞来流速度。（10分） ∞V ρdL V D C d 22 ∞=ρ