飞机原理与构造第四讲 高速空气动力学基础97页PPT

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水平风
零度
水平风
同温层
20km 11km
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中间层、电离层的特点
中间层的特点
中间层从离地面50公里到80公里为止。
空气十分稀薄，温度随高度增加而下降。
空气在垂直方向有强烈的运动。
电离层(热层)的特点
中间层以上到离地面800公里左右就是电离层。
空气处于高度的电离状态，带有很强的导电性， 能吸收、反射和折射无线电波。
同温层之上随着高度的增加，温度逐步升高，直到顶 部温度升高到00C左右。
在平流层中，空气只有水平方向的流动。空气稀薄， 几乎没有水蒸汽，故没有雷雨等现象，故得名为平流 层。空气质量占整个大气的四分之一不到。
大气能见度好，气流平稳，空气阻力小，对飞行有利。 现代喷气式客机多在11-12km的平流层底层（巡航）飞 行。
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1.1 大气的重要物理参数
温度升高， 气体粘度系 数增大。
温度升高， 液体粘度 系数减小。
气体
液体
粘度系数ppt随课件温度变化情况
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1.1 大气的重要物理参数
可压缩性
流体在压强或温度改变时，能改变其原来体积及密度的特 性。
流体的可压缩性用单位压强所引起的体积变化率表示。即 在相同压力变化量的作用下，密度（或体积）的变化量越 大的物质，可压缩性就越大。
105 (千克/ 米秒)
1.780 1.749 1.717 1.684 1.652 1.619 1.586 1.552 1.517 1.482 1.447 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.418 1.912 2.047 1.667

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• 对于同一种翼型（截面形状），其升力系数和
阻力系数的比值，被称为升阻比（k）：
k CL CD
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• 压力中心
• 正常工作的翼片受到下方的气流压力与上
方气流的吸力，这些力可用一个合力来表 示，该力与弦线（翼片前缘与后缘的连线） 的交点即为翼片的压力中心。对于普通薄 翼型，在攻角在5至15度时，压力中心约在 翼片前缘开始的1/4的位置。
过原点的射线与埃菲尔极线相切的点所 对应的攻角是最佳攻角。
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由图可知： 切点处升阻比最大
co tCL/CD
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叶素弦长、安装角 在叶尖（r>0.8R）选用最佳安 装角，靠近叶跟处增大攻角来 减小弦长，且功率下降不多。
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• 当平板与气流方向平行时，平板受到的作
用力为零（阻力与升力都为零）
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• 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 会形成低压区，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。
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• 当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此
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• 变桨距控制主要是通过改变翼型
迎角变化，使翼型升力变化来进行 调的。变桨距控制多用于大型风力 发电机组。
• 变桨距控制是通过叶片和轮毂之间
的轴承机构转动叶片来减小迎角， 由此来减小翼型的升力，以达到减 小作用在风轮叶片上的扭矩和功率 的目的。

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喷管内的空气动力学基础
2
探索喷管中的气流加速和压力变化，为喷
气发动机和火箭的设计提供基础。
3
燃烧室内的空气动力学基础
研究燃烧室内的空气流动特性和压力分布， 为燃烧过程的优化提供依据。
空气动力学基本方程
介绍流体力学和空气动力学的基本方程， 包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等等。
空气动力学应用
飞机机翼的空气动力 学
《空气动力学》PPT课件
空气动力学是研究物体在气流中运动的科学。探索空气动力学的基本概念、 应用领域以及对飞机和汽车等工业的重要性。
概述
空气动力学概述
了解空气动力学的定义和基本原理，包括流体 力学和空气动力学的关系。
应用领域
探索空气动力学在航空、汽车、火箭和建筑设 计等领域中的应用。
空气动力学基础
2 空气动力学现象的研究方法
探索研究空气动力学现象的实验和数值模拟方法。
3 毒性风险的影响因素
讨论空气动力学现象对毒性风险的影响因素，包括气流速度、颗粒物浓度和颗粒物分布测量
介绍测量汽车表面压力分布的实验方法和仪器。
2
汽车空气阻力的计算
探索计算汽车空气阻力的数值模拟方法和常用公式。
分析机翼的气流分布和升力产 生，探索如何优化飞机的机翼 设计。
空气动力学在航空工 业中的应用
探索空气动力学在飞机设计和 性能提升中的重要性。
空气动力学在汽车工 业中的应用
研究汽车的空气阻力和流线型 设计对燃油效率和驾驶体验的 影响。
空气动力学现象
1 空气动力学现象的分类
介绍不同类型的空气动力学现象，如升力、阻力、卡门涡街等。
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汽车空气动力学在车身设计中的应用
研究空气动力学在改善汽车操控性、燃油效率和安全性方面的应用。

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高速气流的特性
空气压缩性与音速a的关系
a dp
d
a 39 t 273 海里/小时
a 20.1 t 273 公里/小时
音速与传输介质的可压缩性相关，在空 气中，音速大小唯一取决于空气的温度，温 度越低，空气越易压缩，音速越小。
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高速气流的特性
亚音速、等音速和超音速的扰动传播
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高速气流的特性
空气的压缩性与飞行速度的关系
在大速度情况下，气流速度变化引起空气密度的变
化显著增大，就会引起空气动力发生额外的变化，甚至 引起空气动力规律的改变，这就是高速气体特性所以区 别于低速气流根本点。
飞行速度
200 400 600 800 1000 1200
空气密度增加的百分比 1.3% 5.3% 12.2% 22.3% 45.8% 56.6%
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激波前后气流参数变化 28
激波与膨胀波 激波实例
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激波与膨胀波 激波实例
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激波与膨胀波
激波
由于激波前后压力差相当大(例如，飞行速度为每小 时1800公里，激波后面的压力会比激波所压力提高1.39大 气压每平方米，将增大139000牛顿的空气压力)。
压力减小 收缩的流管 流速增大 密度不变
温度不变
压力减小
压力增大
流速增大 密度减 流速减小 密度增大
小
温度降低
温度升高
压力增大 扩张的流管 流速减小 密度不变
温度不变
压力增大
压力减小
流速减小 密度增 流速增大 密度减小

未来挑战与机遇
环境保护需求
新能源利用
随着环境保护意识的提高，对空气污 染和气候变化的研究需求增加，这为 空气动力学带来了新的挑战和机遇。
新能源的利用涉及到流动、传热和燃 烧等多个方面，需要空气动力学与其 他学科合作，共同解决相关问题。
航空航天发展
航空航天领域的发展对空气动力学提 出了更高的要求，需要不断改进和完 善现有技术，以满足更高性能和安全 性的需求。
04
翼型与机翼空气动力学
翼型空气动力学
翼型概述
翼型分类
翼型是机翼的基本截面形状，具有特定的 弯度和厚度。
根据弯度和厚度的不同，翼型可分为超临 界、亚音速和超音速翼型等。
翼型设计
翼型与升力
翼型设计需考虑气动性能、结构强度和稳 定性等多个因素。
翼型通过产生升力使飞机得以升空。
机翼空气动力学
01
机翼结构
课程目标
掌握空气动力学的基本概 念和原理。
提高分析和解决实际问题 的能力。
了解空气动力学在各领域 的应用和发展趋势。
培养学生对空气动力学的 兴趣和热爱。
02
空气动力学基础
流体特性
01
02
03
04
连续性
流体被视为连续介质，由无数 微小粒子组成，彼此之间存在
相对运动。
可压缩性
流体的密度会随着压力和温度 的变化而变化。
《空气动力学》PPT课件
目 录
• 引言 • 空气动力学基础 • 流体动力学 • 翼型与机翼空气动力学 • 空气动力学应用 • 未来发展与挑战
01
引言
主题介绍
空气动力学：一门研 究空气运动规律和空 气与物体相互作用的 科学。
课件内容涵盖了基础 理论、应用实例和实 验演示等方面。

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4、电离层（暖层、热层）






电离层位于中间层之上，顶界离地面大约 800公里。 电离层的特点： 1）空气温度随着高度的增加而急剧增加， 气温可以增加到400 ℃以上（最高可达1000 ℃ 以上）。 2）空气具有很大的导电性，空气已经被 电离，主要是带负电的电离子。 3）空气可以吸收、反射或折射无线电波。 4）空气极为稀薄，占整个大气的1/亿. 这层空气主要有人造卫星、宇宙飞船飞行。
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对流层的特点： 1）气流随高度升高而降低 在对流层中．由于空气受热的直接来源不是太阳，而 是地面，太阳放射出的能量，大部分被地面吸收，空气是 被太阳晒热的地面而烤热的，所以越靠近地面，空气温度 就越高。在中纬度地区，随着高度的增加，空气温度从15 ℃降低到11公里高时的－56.5 ℃。 2）风向、风速经常变化 由于太阳对地面的照射程度不一，加之地球表面地形、 地貌的不同，地面各地区空气气温和密度不相同，气压也 不相等，即使同一地区，气温、气压也常会发生变化，使 大气产生对流现象，形成风，且风向、风速也会经常变化。 3）空气上下对流激烈 地面各处的温度不同，受热多的空气膨胀而上升，受 热少的空气冷却而下降，就形成了空气的上下对流。
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4）有云、雨、雾、雪等天气现象 地球表面的海洋、江河中的水由于太阳照射而不断蒸 发，使大气中常常聚集着各种形态的水蒸气，在空中形成 了“积雨云”，随着季节的变化，就会形成云、雨、雾、 雪、雹和打雷、闪电等天气现象。 5）空气的组成成分一定 对流层中几乎包含了全部大气质量的3/4，主要是由于 地球引力作用的结果。 由于对流层具有以上特点，会给飞机的飞行带来很大 影响。在高空飞行时，气温低，容易引起飞机结冰，温度 变化还会引起飞机各金属部件收缩，改变机件间隙，甚至 影响飞机正常工作。上下对流空气会使飞机颠簸，既不便 于操纵，又使飞机受力增大。

深入学习空气动力 学的基本原理和理 论
关注空气动力学在 航空航天、汽车、 建筑等领域的应用
结合实际案例，提 高分析和解决问题 的能力
关注空气动力学的 最新研究成果和发 展趋势，不断更新 知识体系
感谢您的观看
汇报人：XX
温度传感器：用于测 量气流温度的仪器
实验步骤：描述如何进 行空气动力学实验的详 细步骤
数据处理：介绍如何分 析和处理实验数据的方 法
数据采集：使 用传感器、数 据采集设备等 获取实验数据
数据处理：对 数据进行清洗、 整理、转换等 操作，确保数
据质量
数据分析：运 用统计学、概 率论等方法对 数据进行分析， 提取有用信息
挑战：航空航天、交 通运输、建筑等领域 对空气动力学技术的 需求不断增长
机遇：计算机技术、 人工智能等技术的发 展为空气动力学研究 提供了新的手段和方 法

总结与展望
空气动力学的基本概念和原理 空气动力学在航空、航天、汽车等领域的应用 空气动力学的发展趋势和新技术 学习空气动力学对个人职业发展和科学研究的意义
为学生提供解决实际问题的能力， 提高创新能力和实践能力
适用人群：大学生、研究生、工程师等对空气动力学感兴趣的人群 用途：帮助学生理解空气动力学的基本概念、原理和方法 帮助工程师在设计过程中考虑空气动力学因素，提高产品性能 帮助研究人员了解空气动力学的最新发展和趋势，为科研工作提供参考
引言：介绍空气动力学的 基本概念和重要性
空气动力学原理：包括流 体力学、气体动力学、空 气动力学等
空气动力学应用：包括航 空、航天、汽车、建筑等 领域的应用
空气动力学实验：介绍一 些经典的空气动力学实验 和结果
结论：总结空气动力学的 重要性和应用前景

气动力学对先进科技的贡献
回顾气动力学在推动先进科技发展中的贡献。
让我们一起探索气动力学的更多奥秘！
鼓励听众深入学习气动力学，并探索其更多的应用和发展。
《飞行原理空气动力》 PPT课件
通过本课件，我们将带您深入了解飞行原理中的空气动力学，包括其定义、 基本概念、应用以及与先进科技的关系。
认识空气动力学
空气动力学定义
探索飞行中的空气力学现象和原理。
空气动力学发展历程
了解空气动力学在航空和航天领域的演变过程。
空气动力学研究的重要意义
探讨空气动力学在飞行器设计中的关键作用。
能优化中的应用。
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气动力的计算方法
探讨气动力学计算方法和模拟技术。
气动力学设计
1 气动力学和设计的联 2 飞行器设计中的气动 3 气动力学设计的实例
系
力学问题
分析
解释气动力学在飞行器设 计中的关键作用。
探索飞行器设计过程中涉 及的气动力学挑战。
通过实例研究，深入理解 气动力学设计的关键概念 和技术。
空气动力学基本概念
空气动力学的基本概念
介绍空气动力学中的重要概念， 如空气动力学力、气流等。
气体的物理性质
了解气体在空气动力学中的行为 和特性。
流体的基本特性
探索流体在空气动力学中的运动 和变化。
空气动力学原理
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空气动力学公式
学习空气动力学中的关键公式和计算方
空气动力学原理的应用
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法。
了解空气动力学原理在飞行器设计和性
气动力学与先进科技
先பைடு நூலகம்科技的气动力学 应用
探索先进科技领域中气动力学 的创新应用。
气动力学在航空航天 中的应用

航程
飞机在无风和不加油的条件下，连续飞行耗尽 可用燃油时飞行的水平距离
航时
飞机耗尽可用燃油时能持续飞行的时间。
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起飞
起飞定义：从起飞线开始，经过滑跑-离地爬升到安全高度（飞机高于起飞表面10.7 米—CCAR-25）为止的全过程。
主要性能指标：地面滑跑距离、离地速度和 起飞距离。
影响起飞性能的主要因素：起飞重量、大气 条件（密度、风向等）、离地时的迎角、增 升装置的使用、发动机的推力及爬升阶段爬 升角的选择等。
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3.4 巡航飞行
飞机巡航飞行应满足的平衡条件：升力等 于重力、推力等于阻力。
平飞所需速度：飞机在某高度上保持平飞 所需的升力（等于重量）对应的飞行速度。
平飞速度
1
平飞 （2W / CL S）2
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影响平飞所需速度的因素： 飞机重量：重量愈大所需速度愈高。 升力系数：取决于飞机的迎角，迎角减小
如果着陆重量过大或机场温度较高或在海拔较高 的机场着陆，都会造成接地速度过大，使飞机接 地时受到较大的地面撞击力，损坏起落架和机体 受力结构；也会使着陆滑跑距离过长，导致飞机 冲出跑道的事故发生。
着陆时的重量不能超过规定的着陆重量。 在不超过临界迎角和护尾迎角的条件下，接地迎
角应取最大值，增升增阻的后缘襟翼在着陆时要 放下最大的角度，以最大限度的增加升力系数减 小接地速度
最大正过载表示飞机承受的气动升力指向 机体立轴的正向并达到最大；
最大最负过载表示飞机承受的气动升力指 向机体立轴的反向并达到最大；
最大速度表示此时飞机的载荷或升力不一 定最大，但机翼表面的局部气动载荷很大， 压力中心靠后，考验机翼结构局部强度的 严重受载情况。
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巡航飞行
巡航速度

04
飞行器阻力来源与减小方法
飞行器阻力来源
01
压差阻力
由于飞行器表面压
力分布不均匀所产
02
生的阻力。
摩擦阻力
由于空气与飞行器 表面之间的摩擦力 所产生的阻力。
04
干扰阻力
由于飞行器各部件
03
之间的相互干扰所
产生的阻力。
诱导阻力
由于升力产生时所 伴随的阻力。
减小飞行器阻力的方法
优化飞行器外形设计
1 2
3
密度和压力
空气的密度和压力随高度和温度的变化而变化，对飞行器的 性能和稳定性产生影响。
粘性和摩擦力
空气的粘性对飞行器表面的气流产生摩擦力，影响飞行器的 升力和阻力。
压缩性和膨胀性
空气在压缩和膨胀时会产生温度变化，对飞行器的推进系统 和发动机性能产生影响。
流体静力学基础
流体静压力
流体静压力与重力方向相反，对飞行器产生下压力，保持飞行器的稳定。
横向稳定性
保持飞行器偏航平衡的能力，通过调 节方向舵来实现。
纵向稳定性
保持飞行器俯仰平衡的能力，通过调 节升降舵来实现。
方向稳定性
保持飞行器滚转平衡的能力，通过调 节副翼来实现。
飞行器控制原理
飞行器控制系统组成
执行机构
包括传感器、控制器和执行 机构等部分。
01
02
接收控制指令并驱动飞行器 的操纵面，以改变飞行器的
优化螺旋桨的设计和制造工艺、提高转速 、合理选择桨叶角度等都是提高螺旋桨效 率的有效途径。
火箭升力的产生
火箭推进原理
火箭升力的特点
火箭与飞机升力的比较
火箭升力的局限性
火箭通过燃烧燃料产生高速气 体，高速气体从尾部喷出产生 反作用力，推动火箭向前运动 。同时，喷出的气体也产生一 定的升力使火箭离地升空。