空气动力学实验报告

实验一边界层流动测量实验

摘要：边界层，又称为流动边界、附面层，它是流体流动过程中，紧贴壁面的粘性阻力不可忽略的一层薄薄的流体，它对主要流体运动的影响很大。自普朗特提出该概念起，边界层研究就一直是流体力学研究中一个焦点和难点课题。本实验通过热线风速仪测量距离凹口平板前缘不同位置点流体的速度分布情况，并对实验数据加以分析处理，从而确定出在不同工况中的边界层的厚度、位移厚度，以及避免粘性力等参数，最终分析边界层的特性。

关键词：边界层，热线风速仪，粘性力，雷诺数，拟合，标定

1.实验简介

此次实验是在一个开口式风洞中进行的，该风洞试验段截面尺寸为：500mm*500mm。设置风洞风机的运行频率为20Hz和30Hz、，利用热线风速仪测量凹槽分离点20mm的边界层上的速度分布。然后用两种不同的方法拟合热线风速仪实验前后标定曲线，得出标定误差值，从而分析比较这两种拟合方法的优缺点，并分析出实验中热线性能的稳定性。

2.实验步骤

1)将皮托管固定在风洞试验段，轴线和来流速度方向平行。记录皮托管标定系数k。皮托

管静压连接到压力传感器负压接口，皮托管总压连接到压力传感器通道1；

2)热线风速仪探头安装在二位坐标架上，连接热线探头与恒温控制器输入、输出。此时热

线恒温控制器切勿通电！将热线探头移至和皮托管同一高度；

3)热线输出连接到数据采集卡AI0，皮托管输出连接到数据采集卡AI1；

4)将热线恒温控制器通电，打开MATLAB热线风速仪标定程序“hw calibration.m”，改

变文件名运行程序；

5)将热线移动至测量点（距离凹腔分离点X=20mm）上方自由来流中，调整风洞风速，

风机运行频率f=30Hz, MA TLAB运行热线速度分布测量程序“hw measurement.m”改变文件存储名称。改变风洞风速，风机运行频率f=20Hz,重复步骤4；

6)打开MATLAB热线风速仪标定程序’hw calibration.m’，改变标定参数存储文件名，

重新运行标定程序。

7)按要求处理实验数据。

3.实验设备

1)开口式风洞，实验段截面500mm*500mm。实验段风洞壁面装有凹腔模型，测量模型分

离点上游边界层速度分布。

2)程控二位坐标架：计算机软件可精确控制探针在边界层内移动。

3)压力传感器：将压力信号转化为电信号，灵敏度为0.0245 V/mm.

4)皮托管：测量来流静压P s和总压P t，用于测量来流速度U和标定热线风速仪。

5)热线风速仪：测量气体流场（尤其是湍流场）中速度大小，具有较高的频率响应（10kHz）。

6) 数据采集卡：NI-USB 6212 BNC （16位，8差分通道）；

7) 计算机：控制二维坐标架，控制和执行数据采集；

其中，热线风速仪的工作原理如下：

热线风速仪前段的热线探头作为后端控制电路中电桥的一个桥端电阻。电桥工作时把探头上的电阻丝加热，当流体以速度U 流过探头时带走一部分热量Q 电桥设计是为了保持探头热丝温度恒定，探头热丝损失热量Q 后，两端电压E 发生变化从而提供相应的热量以弥补损失掉的那部分热量，最终保证探头热丝的温度恒定。通过标准速度源可以将速度U 与电桥电压E 之间的关系拟合出来。这样在测量时，只要测量到电桥电压E ，就可以知道当地风速U 。

热线风速仪的标定：

用风洞自由来流速度作为标准速度，自由来流速度U 由皮托管测量得到。拟合关系式用：

1）King ’s Law ：,0.45n E A BU n =+=；

2）234

U A BE CE DE FE =++++。

4. 实验数据处理

1) 分别用两种不同方法拟合热线风速仪实验前后标定曲线，给出标定误差值，分析拟合方

法优缺点。将实验前后热线风速仪标定曲线画在同一张图上，将实验后热线标定加上温度矫正和前面两组曲线画在同一张图上，分析实验中热线性能是否稳定及温度矫正的作用。

表4-1 实验前标定时采集的数据

流速/U 电压/E 温度/T 3.0836 1.6962 21.236 3.9946 1.7425 21.294 4.9406 1.7824 21.392 5.8689 1.8171 21.521 6.791 1.8475 21.654 7.712 1.8761 21.767 8.6204 1.9015 21.872 9.5578 1.9256 21.989 10.468

1.9473

22.173

表4-2 实验后标定时采集的数据

流速/U

电压/E

温度/T

3.0583 1.6924 22.029 3.9923 1.7388 22.009

4.9364 1.7789 22.033

5.8498 1.8133 22.091

6.7811 1.8444 22.116

7.6991 1.8726 22.191

8.6119 1.898 22.282

9.5405

1.9216

22.402

按照King’s Law ：,0.45n E A BU n =+=关系拟合程序：

clc; clear;

data=load('E:\2014\标定实验\hw calibration-xxxxxx(U_E)_0527.txt');%载入数据 v=data (: 1); w=v. ^0.45; e=data (:, 2);

f=inline ('a(1)+a(2)*w','a','w');

[b,c]=lsqcurvefit(f,[1.35,0.205],w,e);%b 是(A,B)向量组合，c 是目标函数值； b,c

for i=1:x

v(i)=data(i,1)

h(i)=b*[1;v(i).^0.45]; end figure;

plot(v,h,'-^r')

Xlabel('流体流速U'); Ylabel('电桥电压E');

title('电压E 与流速U 的关系');

按照234

U A BE CE DE FE =++++关系拟合程序：

clc; clear;

data=load('E:\2014\标定实验\hw calibration-xxxxxx(U_E)_0527.txt');%载入数据 v=data(:,1); e=data(:,2);

f=inline('a(1)+a(2)*e+a(3)*e.^2+a(4)*e.^3+a(5)*e.^4','a','e');

[b,c]=lsqcurvefit(f,[1 1 1 1 1],e,v);%b 是(A,B)向量组合，c 是目标函数值； b,c

for i=1:x

e(i)=data(i,2);

h(i)=b*[1 e(i) e(i).^2 e(i).^3 e(i).^4]'; end figure;

plot(e,h,'-.g')

Xlabel('电桥电压E'); Ylabel('流体流速U');

title('电压E 与流速U 的关系');

拟合曲线为：

图1 King ’s Law 法拟合曲线

由图1可以看出，未拟合前实验前后的曲线间距明显，这就表明，在实验结束后热线探头发生了一定距离的偏移。而且使用King’s Law 拟合后，拟合前后的曲线还是存在一定的

误差。根据

1

1=N

i N φ=

2.618%，实验

后曲线的标定误差为2.433%。

图2 拟合方法二标定曲线

使用同样的误差公式计算得到：对实验前的曲线的标定误差为：0.598%，对实验后的曲线的标定误差为：0.803%。

由上图可以看出，使用拟合方法二拟合后的曲线可以与未拟合的曲线比较好地重合，说明拟合误差很小。

通过比较上面两图，可以得出，第二种拟合方法明显比第一种方法得到的拟合效果好，这就说，第二种拟合方法的标定误差较小。同时，从实验前后的两条曲线可以看出，实验前后热线探头发生了一定距离的偏移，这证明该实验使用的热线性能还不够稳定。

2)利用文献方法，预测测量点距离壁面精确距离，测量点摩擦速度，计算壁面粘性应力，

边界层厚度，边界层位移厚度，边界层动量厚度，基于动量厚度的边界层雷诺数等参数。

根据文献指导并参考徐进同学的程序，然后进行必要的校正完善，得到以下程序及图形：clc;

clear;

file='E:\2014\边界层试验\x20f20 profile.txt';

data=dlmread(file);

junk=sortrows(data);

yi=junk(:,1)./1000;

u=junk(:,2);

umean=mean(data(1:20,4));

u99=umean*0.99;%自由来流风速；

yd=[-9.9:0.01:-4];

for j=1:length(yd) %截止距离循环迭代；

y=yi+yd(j)./1000;

ut=[0.20:0.01:1];

lp=1.5e-5./ut;k=0.41;B=5.0;

for i=1:length(ut) %壁面摩擦应力循环迭代；

yp=y./lp(i);up=u./ut(i);

ye=up+exp(-k*B)*(exp(k*up)-1-k*up-(k*up).^2/2-(k*up).^3/6);

err(i,j)=sum(abs(yp(1:35)-ye(1:35))./yp(1:35))/35;%残余函数计算；

end

end

[m indexi]=min(err);%行数；

[n indexj]=min(m);%列数；

yoff=yd(indexj)%截止距离；

utf=ut(indexi(indexj))%壁面摩擦应力；

lpf=1.5e-5./utf;

yp=(yi+yoff./1000)./lpf;upp=[1:0.5:25];up=junk(:,2)./utf;

ue=(1./k).*log(yp)+B;

ye=upp+exp(-k*B)*(exp(k*upp)-1-k*upp-(k*upp).^2/2-(k*upp).^3/6);

figure(1);

semilogx(yp,up,'-ob','linewidth',1);

hold on;

semilogx(ye,upp,'-or','linewidth',1);

hold on;

semilogx(yp,ue,'-k','linewidth',1);

xlabel('y^+');ylabel('U^+');

legend('Experimental data','Spalding profile','Log-law');

axis([1 1000 0 26]);

yabs=yi+yoff./1000;

ul=1-u/umean;

yabsp=trapz(yabs,ul).*1000%边界层位移厚度；

uul=(u/umean).*(1-u./umean);

theta=trapz(yabs,uul).*1000%边界层动量厚度；

Re=1.2*umean*theta/1000./(1.5e-5)%基于动量厚度的边界层雷诺数；figure(2);

Yreal=yi.*1000+yabsp;Ureal=junk(:,2);

plot(Ureal,Yreal,'-oc')

Xlabel('Ureal'),Ylabel('Yreal');

axis([0 8 0 120]);

取f=20Hz时，其风速近似为6.26m/s，经循环迭代得到，测点距壁面的误差距离为9.34mm；测量点摩擦速度为0.34m/s；计算出壁面的剪切应力为0.149N/m2；边界层厚度从上图可以近似得到，为12mm；边界层位移厚度为2.3755mm；边界层动量厚度为2.0819mm；

基于动量厚度的雷诺数为1051；

取f=30Hz时，其风速近似为9.3m/s，经循环迭代得到，测点距壁面的误差距离为7.99mm；测量点摩擦速度为0.46m/s；计算出壁面的剪切应力为0.273N/m2；边界层厚度从上图可以

近似得到，为11mm；边界层位移厚度为2.0217mm；边界层动量厚度为1.5098mm；基于动量厚度的雷诺数为1122。

3)画出边界层速度分布曲线（基于边界层厚度和自由来流无量纲化），边界层速度rms分

布曲线。画出边界层速度分布曲线（基于边界层内层参数无量纲化）。（图例为20Hz）clc;

clear;

file='E:\2014\边界层试验\x20f20 profile.txt';

data=dlmread(file);

junk=sortrows(data);

yi=junk(:,1);

ui=junk(:,2);

y=yi./12;

u=ui./6.26;

plot(u,y,'-ob');

Xlabel('基于自由来流风速无量纲化'),Ylabel('基于边界层厚度无量纲化');

axis([0.45 1.1 0 10])

clc;

clear;

file='E:\2014\边界层试验\x20f20 profile.txt';

data=dlmread(file);

junk=sortrows(data);

yi=junk(:,1);

rms=junk(:,3);

y=yi-9.34;

plot(rms,y,'-ob');

Xlabel('rms'),Ylabel('边界层');

axis([0 0.8 0 100])

clc;

clear;

file='E:\2014\边界层试验\x20f20 profile.txt';

data=dlmread(file);

junk=sortrows(data);

yi=junk(:,1);

ui=junk(:,2);

y=(yi-9.34)./12;

u=ui./0.34;

plot(u,y,'-ob');

Xlabel('基于边界层摩擦速度无量纲化'),Ylabel('基于边界层厚度无量纲化'); axis([8 20 0 10])

以上图形均为在20Hz下的数据得到的，30Hz的相应图形用同样的方法即可得到，在此不再赘述。

4)对比分析讨论不同风洞运行速度下边界层速度分布曲线特性，边界层基本参数。

通过mat lab编程将两种频率下的三类图形放在一起进行比较，由数据文件获知，在风洞运行频率f=20Hz时，自由来流速度约为6.26m/s，而在风洞运行频率f=30Hz时，自由来流速度为9.3m/s，从图上可以看到，无量纲化后的图形几乎一致，边界层速度分布曲线其基本走势均为距离壁面较近的区域速度逐渐增加，到一定程度后就不再增加，这段距离即为边界层厚度。

5)对比分析讨论不同风洞运行速度下剪切层速度大小，rms分布曲线特性。

clc;

clear;

file1='E:\2014\边界层试验\x20f20 profile.txt';

file2='E:\2014\边界层试验\x20f30 profile.txt';

data1=dlmread(file1);data2=dlmread(file2);

junk1=sortrows(data1);junk2=sortrows(data2);

yi1=junk1(:,1);ui1=junk1(:,2);

yi2=junk2(:,1);ui2=junk2(:,2);

y1=yi1-9.34;u1=ui1;

y2=yi2-7.99;u2=ui2;

figure(1);

plot(u1,y1,'-og',u2,y2,'-*c');

legend('20Hz','30Hz');

Xlabel('V'),Ylabel('Y');

title('不同频率下剪切层速度大小比较');

hold on

yi1=junk1(:,1);rms1=junk1(:,3);

yi2=junk2(:,1);rms2=junk2(:,3);

y1=yi1-9.34;y2=yi2-7.99;

figure(2);

plot(rms1,y1,'-og',rms2,y2,'-*c');

legend('20Hz','30Hz');

Xlabel('rms'),Ylabel('Y');

title('不同频率下rms大小比较');

从上面剪切层速度大小分布比较图和rms分布比较图两图可以看到，距壁面相同距离时，20Hz下的剪切层速度小于30Hz下的剪切层速度，从rms图上可以看到，基本趋势两种风

速下是一致的，但是距壁面相同距离时，30Hz下的rms值要大于20Hz时的值，而且30Hz 时的rms最大值为1.18，而20Hz时的最大值为0.704。

6)在Urms最大值处，速度的能量谱图，分析能量谱特征。

从图上可以看到峰值出现的地方，对应的频率即为该信号主要能量来源，从低到高频率阶次依次为100Hz,160Hz,220Hz,280Hz，而且由图形趋势看到其主要能量集中于低频处，频率越高处能量越低。

实验二数据采集与处理

1.实验仪器

1)信号发生器及示波器：DSOX2012A；

2)数据采集卡：NI-USB 6212 BNC（16位，8差分通道，400 kS/s）；

3)计算机：控制和执行数据采集；

2.实验步骤

1)连接信号发生器，数据采集卡，电脑等设备；

2)设置信号发生器产生正弦波信号,信号频率为f=200Hz,信号幅值为A=0.05v；

3)信号发生器产生信号连接到数据采集卡AI0；

4)打开MATLAB数据采集程序‘data acquisition.m’，设置采样频率Fs=100Hz，通道输入

范围（'InputRange'）为[-0.2 0.2]。更改数据存储文件名，运行程序；

5)检查步骤4中数据是否成功保持。重复步骤4改变采样频率Fs=200Hz。更改数据存储

文件名，运行程序；

6)检查步骤5中数据是否成功保持。重复步骤4改变采样频率Fs=400Hz。更改数据存储

文件名，运行程序；

7)检查步骤6中数据是否成功保持。重复步骤4改变采样频率Fs=1000Hz。更改数据存储

文件名，运行程序；

8)检查步骤7中数据是否成功保持。重复步骤7，改变通道输入范围（'InputRange'）为[-10

10]。。更改数据存储文件名，运行程序。

3.实验数据处理

1)画出数据随时间变化曲线（带点线）x(t);不同参数下所得到的曲线画到同一张图上，

用不同颜色标示。讨论区别，及采样参数影响。

clc;

clear;

fip1=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y100r02.bin','rt');

fip2=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y200r02.bin','rt');

fip3=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y400r02.bin','rt');

fip4=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y1000r02.bin','rt');

fip5=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y3000r02.bin','rt');

fip6=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y3000r10.bin','rt');

[A1,NUM1]=fread(fip1,inf,'double')

[A2,NUM2]=fread(fip2,inf,'double')

[A3,NUM3]=fread(fip3,inf,'double')

[A4,NUM4]=fread(fip4,inf,'double')

[A5,NUM5]=fread(fip5,inf,'double')

[A6,NUM6]=fread(fip6,inf,'double')

t1=(0:1:9)*10^-2;

figure(1);

plot(t1,A1(1:10),'- Or');%第一

hold on

t2=(0:1:19)/2*10^-2;

plot(t2,A2(1:20),'-+m');

hold on

t3=(0:1:39)/4*10^-2;

plot(t3,A3(1:40),'-*g');

hold on

t4=(0:1:99)*10^-3;

plot(t4,A4(1:100),'->c');

hold on

t5=(0:1:299)/3*10^-3;

plot(t5,A5(1:300),'-

Xlabel('时间t/s');

Ylabel('幅值V/v');

title('不同采样频率下的曲线比较') figure(2);

t6=(0:1:299)/3*10^-3;

plot(t6,A5(1:300),'-

hold on

t7=(0:1:299)/3*10^-3;

plot(t7,A6(1:300),'-+k');

Xlabel('时间t/s');

Ylabel('幅值V/v');

title('不同采样范围下的曲线比较')

从图上可以清楚的看到：采样频率取100Hz和200Hz时完全失真，采到的为两条横线，当取400Hz（原始信号频率为200Hz）时，采样信号有一点变化，但还离原始信号差很远，因为不满足香农采样定理（采样频率>400Hz），当把频率取到1000Hz时，采样信号有了原始信号的轮廓，但还是失真比较大，当把频率取为3000Hz时，采样信号已经很大程度的逼近了原始信号，然后将采样幅值范围取为[-10，10]，在峰值处有了平台信号失真，所以幅值取为[-0.2,0.2]非常接近真实信号。因此在采集数据时，必须满足采样定理，同时信号的灵敏度要求幅值与真实信号幅值接近。

2)计算采集到数据的平均值xm，均方差xrms。比较不同采样参数下得到值的区别。讨论

区别，及采样参数影响。

clc;

clear;

fip1=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y100r02.bin','rt');

[A1,NUM1]=fread(fip1,inf,'double');

sum1=0;

for i=1:NUM1

sum1=A1(i)+sum1;

end

x1=sum1/NUM1

sum2=0;

for i=1:NUM1

cha=A1(i)-x1;

fang=cha.^2;

sum2=sum2+fang;

end

xrms1=sqrt(sum2/NUM1)

依次算出6种情况下的均值和均方差（即标准差）。

表2-1 不同情况下采集数据的均值和均方差列表比较

项目100Hz

0.2

200Hz

0.2

400Hz

0.2

1000Hz

0.2

3000Hz

0.2

3000Hz

10

平

均

值

0.0110 -0.0168 -3.7972e-4 -3.5217e-4 -3.5032e-4 -0.0010

均

方

差

0.0020 9.5665e-4 0.0032 0.0177 0.0177 0.0177

编程计算求得各自的均值和均方差。从上表可以看出，100Hz和200Hz时均方差较小，而均值较大，这与实际情况一致，因为其图形近乎为一直线；400Hz时严重失真，图形呈锯齿波形，均值较小近乎为0；而后面三种高频采集的信号均值都很小，而且均方差值接近，较好地反映了原始信号，相比之下低的采样频率采集的信号均方差的误差较大。

3)用mat lab编程计算所得数据的傅里叶变化X（k），验证Parsevals Theorem。画出|X(k)|

随频率变化曲线。不同采样参数得到的曲线画到同一张图上，用不同颜色标示。讨论区别，及采样参数影响。

clc;

clear;

fip1=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y100r0.2.bin','rt');

fip2=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y200r0.2.bin','rt');

fip3=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y400r0.2.bin','rt');

fip4=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y1000r0.2.bin','rt');

fip5=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y10000r0.2.bin','rt');

fip6=fopen('E:\2014\数据采集试验\g1\y10000r10.bin','rt');

data1=fread(fip1,512,'double')

data2=fread(fip2,512,'double')

data3=fread(fip3,512,'double') data4=fread(fip4,512,'double') data5=fread(fip5,512,'double') data6=fread(fip6,512,'double')

N=512; %512个采样点

figure(1);

Fs=100; %采样频率

t=(0:N-1)/Fs; %时域

Y=fft(data1,N); %快速傅里叶变换f=(0:N-1)*Fs/N; %频域的点数plot(f,abs(Y),'-sr') %频谱图

hold on

Fs=200;

t=(0:N-1)/Fs;

Y=fft(data2,N);

f=(0:N-1)*Fs/N;

plot(f,abs(Y),'-dm')

hold on

Fs=400;

t=(0:N-1)/Fs;

Y=fft(data3,N);

f=(0:N-1)*Fs/N;

plot(f,abs(Y),'-hg')

hold on

Fs=1000;

t=(0:N-1)/Fs;

Y=fft(data4,N);

f=(0:N-1)*Fs/N;

plot(f,abs(Y),'-*c')

hold on

Fs=10000;

t=(0:N-1)/Fs;

Y=fft(data5,N);

f=(0:N-1)*Fs/N;

plot(f,abs(Y),'-oy')

hold on

Fs=10000;

t=(0:N-1)/Fs;

Y=fft(data6,N);

f=(0:N-1)*Fs/N;

plot(f,abs(Y),'-pk')

从上图6种采样信号单独的傅立叶变换后的图形，可以很明显地看到，100Hz 和200Hz 两种情况下，只有0Hz 处有幅值，属于直流分量，而其余部分近乎为零，没有能量，没有采集到信号，或者说采集到的信号完全失真。一般来说，

满足采样定理的信号频谱图是对称

200Hz

800Hz

空气动力学与飞行原理,基础执照考题

M8空气动力学基础及飞行原理 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 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?(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、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 5、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 6、气体的压力

、密度<ρ>、温度三者之间的变化关系是(D) A、ρ=PRT B、T=PRρ C、P=Rρ/ T D、P=RρT 7、在大气层，大气密度(C) A、在同温层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，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) 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: (BC) 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 12、对于音速．如下说确的是: (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 13、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 14、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 C、与空气密度和空气绝对湿度乘积成反比 . . . w d .

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

北航空气动力学试题陈泽民

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

空气动力学期末复习题

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 F K 二：1.1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？——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 C、P=1013 psi T＝25℃ρ=1、225 kg／m3 D、P=1013 hPA、T＝25℃ρ=0、6601 kg／m3 7. 马赫数-飞机飞行速度与当地音速之比。 四：1.4 气象对飞行的影响；1.5 大气状况对机体腐蚀的影响

北航空气动力学课后答案 至 章

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

空气动力学与热学基础试题一及答案

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.

空气动力学课后答案(北航) 精品

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 =??=???????-=??=??????==

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。

空气动力学期末复习题

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

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

《航空概论》试题库(含空气动力学)

<<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

北航空气动力学试题2009(刘沛清)

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

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

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

(完整版)汽车车身结构与设计期末考试试题

一、名词解释 1、车身：供驾驶员操作，以及容纳乘客和货物的场所。 2、白车身：已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 3、概念设计：指从产品构思到确定产品设计指标（性能指标），总布置定型和造型的确定，并下达产品设计任务书为止这一阶段的设计工作。 4、H点：H点装置上躯干与大腿的铰接点。 5、硬点：对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键点。 6、硬点尺寸：连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸。 7、眼椭圆：不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的统计分布图形；左右各一，分别代表左右眼的分布图形。 8、驾驶员手伸及界面：指驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住转向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面。 9、迎角：汽车前、后形心的连线与水平线的夹角。 10、主动安全性：汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力。 11、被动安全性：汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力。 12、静态密封：车身结构的各连接部分，设计要求对其间的间隙进行密封，而且在使用过程中这种密封关系是固定不动的。 13、动态密封：对车身上的门、窗、孔盖等活动部位之间的配合间隙进行密封，称为动态密封。 14、百分位：将抽取的样本实测尺寸值由小到大排列于数轴上，再将这一尺寸段均分成100份，则将第n份点上的数值作为该百分位数。 二、简答 1、简述车身结构的发展过程。 没有车身——马车上安装挡风玻璃——木头框架+篷布——（封闭式的）框架（木头或钢）+木板——（封闭式的）框架（木头或钢）+薄钢板——全钢车身——安全车身。 2、车身外形在马车之后，经过了那几种形状的演变？各有何特点？ ①厢型：马车外形的发展②甲虫型：体现空气动力学原理的流线型车身③船型：以人为本，考虑驾乘舒适性④鱼型：集流线型和船型优点于一身⑤楔型：快速、稳定、舒适。 3、车身设计的要求有哪些？ 舒适、安全、美观、空气动力性。 ①结构强度足够承受所有静力和动力载荷；②布置舒适，有良好的操纵性和乘座方便性；③具有良好的车外噪声隔声能力；④外形和布置保证驾驶员和乘员有良好的视野；⑤材料轻质，减小质量； ⑥外形具有低的空气阻力；⑦结构和装置措施必须保护乘员安全；⑧材料来源丰富、成本低，易于制造和装配；⑨抗冷、热和腐蚀抵能力强；⑩材料具有再使用的效果；⑩制造成本低。 4、车身设计的原则有哪些？ ①车身外形设计的美学原则和最佳空气动力特性原则。②车身内饰设计的人机工程学原则。③车身结构设计的轻量化原则。④车身设计的“通用化，系列化，标准化”原则。⑤车身设计符合有关的法规和标准。⑥车身开发设计的继承性原则。 5、什么是白车身？它的主要组成有哪些？ 已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 组成：车身覆盖件+车身结构件+部件。①车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。②车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件。③部件：前翼子板、车门、发动机罩和行李箱盖。 6、简述车身承载类型的特点及适用车型。 （1）、非承载式（有车架式）：车架作为载体 1>特点：①装有单独的车架；②车身通过多个橡胶垫安装在车架上；③载荷主要由车架来承担。 ④车身在一定程度上仍承受车架引起的载荷。2>适用车型①货车（微型货车除外）②在货车底盘基础上改装成的大客车③专用汽车④大部分高级轿车。 （2）、承载式：去掉车架，由车身直接承载。 1>特点：①保留部分车架、车身承受部分载荷。②前后加装副车架。2>适用车型：基础承载式、整体承载式大客车。