空气动力学基础01大气物理学
- 格式:ppt
- 大小:2.85 MB
- 文档页数:31
教材:1.2.3.4.参考书:空气与气体动力学的任务、研究方法及发展流体静力学水力学理论流体动力学润滑理论基本任务:航空、航天、天气预报、船舶、体育运动、22v p constρ+=理想不可压流体伯努利方程空气流过飞行器外部时运动规律y L V ρ∞∞=Γ库塔儒可夫-儒科夫斯基定理假设实际黏性附面层旋涡/涡量Stokes 定理ndA Ω⋅=Γ∫y 翼梢小翼下洗速度诱导阻力有效迎角↓下洗角翼尖尾涡升力↓当地升力等效来流来流实际升力尾涡后掠机翼平直机翼n V 是产生升力/激波的有效速度后掠翼可提高产生激波的Ma cr边条涡边条翼:下表面压力>上表面压力气流旋转涡旋转涡心p 低而V 高流经部位压力低注入机翼表面气流能量推迟分离激波1V a >21V V <()120sh D mV V =−> 激波阻力7发动机气体动力学y 压气机/风扇:气体增压涡轮:气体膨胀8y 音障/音爆/音爆云正激波及阻力弱压缩波斜激波y 音障楔型体超音速运动激波及激波阻力阻力系数↑消耗3/4功率y 活塞发动机高速时螺旋桨效率低、桨尖易产生激波⇒喷气发动机y 降低波阻的超音速气动布局如后掠翼、面积率→蜂腰机身等y 音爆激波面上声学能量高度集中,这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。
超音速低压气流局部正激波斜激波局部亚音气流超音/亚音气流超音速气流膨胀加速压缩减速尾激波压缩减速y 音爆云激波后气体急剧膨胀降压降温潮湿天气气温低于露点水汽凝结水珠云雾y 亚燃冲压发动机进气道及扩压段斜激波及正激波拉伐尔喷管气流增压至亚音速燃烧室燃烧气流超音速喷出推力超燃冲压发动机进气道/斜激波气流增压且超音速气流超音速喷出航天空气动力学y 可压缩性黏性摩擦生热气流带走加热飞行器表面Ma=2⇒温度≈120侦察机Ma=3⇒温度y 热障结构强度↓刚度↓热能热辐射热传导气动热力学常温常压2000K<T<4000K 9000K<T 分子密度低11空气y 扑动速度均匀来流合速度合力升力推力机动性强举升/推进/悬停/快速变向等动作集于一个扑翼系统大升力利用非定常机制,其升力远高于常规飞行器,能够在低雷诺数条件下飞行。
空气动力学基础知识飞机的飞行原理第一章空气动力学基础知识一、空气的物理参数二、空气的物理性质三、大气分层四、国际标准大气五、气流特性空气是飞机的飞行介质。
随着高度的增加,空气的密度、温度、压力、音速和空气的物理参数和性质也随着变化,影响着飞机飞行中的空气动力性能、发动机的工作状态、飞机的机体结构连接间隙的变化和飞机的座舱环境的控制等。
基于上述原因,在讨论飞机的飞行原理之前,首先要对空气的物理参数和基本性质、大气的分层和国际标准大气、气流特性及气流流动的基本规律、附面层等有所了解,作为了解和掌握飞机飞行原理的基础。
一、空气的物理参数空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主要参数,飞机空气动力的大小和飞机飞行性能的好坏,都与这三个参数有关。
1、空气的密度空气的密度是指单位体积内空气的质量,取决于空气分子数的多少。
即:ρ=m/V公式中:ρ为空气的密度,单位是“千克/米3”;m为空气的质量,单位是“千克”;V为空气的体积,单位是“米3”。
空气的密度大,说明单位体积内空气的分子数多,我们称为空气稠密;空气的密度小,说明单位体积内空气的分子数少,我们称为空气稀薄。
大气的密度随高度的增加而减小。
2、空气的温度空气的温度是指空气的冷热程度。
空气温度的高低表明空气分子作不规则热运动平均速度的大小。
空气温度的高低可以用温度表(计)来测量。
空气的温度一般用“t”来表示。
我国和世界上大多数国家通常采用的是摄氏温度,单位用摄氏度(℃)表示。
西方的一些国家和地区采用的是华氏温度,单位用华氏度(℉)表示。
摄氏温度(℃)和华氏温度(℉)可以用下式进行换算:℉=9/5℃十32℃=(℉—32)5/9例如:0℃为32℉;15℃为59℉。
工程计算中经常采用“绝对温度”的概念,用“T”表示,单位用开氏度(oK)表示。
当空气分子停止不规则的热运动时,即分子的运动速度为零时,我们把这时的温度作为绝对温度的零度。
绝对温度(T)与摄氏温度(t)之间的关系可以用下列公式进行换算:T=t+273绝对温度的0oK等于摄氏温度-273℃3、空气的压力空气的压力(也称气压)是指空气的压强,即单位面积上所承受空气垂直方向的作用力。
空气动力学复习一.大气物理构成成分:主要是氮气和氧气;按体积计算:氮气约78%;氧气约21%;其它约1%。
物理参数:温度、压力、密度;与飞行有关的其它参数:粘性、压缩性、湿度、音速;1.密度单位:公斤/平方米;大气密度随高度的变化规律:高度升高,密度下降;近似指数变化;2.温度单位:摄氏温度C、华氏温度F、绝对温度K;不同温度单位的对应公式:C=(F-32)*5/9; K=C+273.15大气温度与高度的关系,对流层每上升1000M,温度下降6.5摄氏度。
3.大气压力单位:毫米汞柱,帕,平方英寸磅,平方厘米千克,国际计量单位:帕.海平面15摄氏度时的大气压力:几种表示单位,数值;29.92inHg,760mmHg,1013.25hPa,14.6959psi,1.03323kg/cm2.4.粘性:特性;流体内两个流层接触面上或流体与物体接触面上产生相互粘滞和牵扯的力。
大气粘性主要是由于大气中各种气体分子不规则运动造成的.气体的粘度系数随温度升高而增大;没有粘性的流体称为理想流体。
5.可压缩性:一定量的空气在压力或温度变化时,其体积和密度发生变化的特性;6.湿度:相对湿度:大气中所含水蒸汽的量与同温度下大气能含有的水蒸气最大量之比。
温度越高,能含有的最大量越大,露点温度:大气中相对湿度为100%时的温度;7.音速:在同一介质中,音速的速度只与介质的温度有关;大气中的音速:V=20.1(T)1/2 M/S从地球表面到外层空间。
气层依次是:对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层;对流层的高度:极地8KM,中纬度11KM,赤道12KM.二、空气动力学1基本概念1.1相对运动原理:1.2.连续性假设:1.3.流场、定流场、非定流场:流场:流体流动所占据的空间;定常流:流动微团流过时的流动参数(速度、压力、温度、密度等)不随时间变化的流动;非定常流:流动微团流过时的流动参数(速度、压力、温度、密度等)随时间变化的流动;与之对应的流场称为定流场和非定流场。
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(特别是气体)与物体相互作用的力学分支,主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用,如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体,即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性,空气动力学可分为理想流体(无粘、无旋、不可压缩)和实际流体(有粘性、有旋性、可压缩)两类。
在实际应用中,理想流体问题较为简单,但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性,因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架,通过建立数学模型和求解方程,可以预测和解释流体流动的现象和特性。
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、大气的结构(根据热状态的特征)2、对流层的边线和特点3、平流层的边线和特点三、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器的影响(横向阵风和水平阵风*)2、什么就是平衡风场?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于条件:1)定常流动。
2)研究的就是在同一条流线上,或同一条流管上的相同横截面。
3)流动的空气与外界没能量互换,即为空气就是边界层的。
4)空气没粘性,不容放大――理想流体。
三、机体几何外形和参数1、什么就是机翼翼型;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、应用领域已连续方程和伯努利方程表述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增加的方法;7、附面层的概念、分类和比较;附面层拆分的原因8、低速飞行器时,相同速度下两类阻力的比较9、升力与阻力的排序和影响因素10、大气密度增大对飞行器的影响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、掌控升阻比的概念14、发生改变迎角引发的变化(升力、阻力、机翼的压力中心、减速等)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、什么就是收缩波?气流通过收缩波后参数的变化10、临界马赫数和临界速度的概念11、激波减速和大迎角减速的区别12、激波拆分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=0②、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=01、什么是定常飞行和非定常飞行?2、定常飞行器时,促进作用在飞机上的载荷平衡条件和均衡方程组三、载荷系数(过载)1、载荷系数的概念和则表示方法及ny的特点四、航行飞行器、降落和降落1、什么就是航行飞行器和巡航速度2、影响平飞所须要速度的因素3、最小平飞速度及其影响因素4、最轻平飞速度及其影响因素5、什么就是飞行器包线6、飞机的航行性能参数五、水平拐弯和前轮1、飞机水平转弯的受力分析和载荷系数2、侧滑和侧滑角的概念六、等速爬升和等速下滑1、等速爬升和爬升角的概念2、等速下滑和下滑角的概念3、影响下滑角的因素七、增升原理和增升装置1、增升装置的作用和原理2、后缘襟翼的种类和各自实行的液冷原理3、采用后缘襟翼的缺点4、前缘襟翼的分类和原理5、前缘缝翼的促进作用6、涡流发生器的促进作用第四章飞机的稳定性和操纵性一、飞机运动参数1、地面坐标系的创建2、飞机在空间的姿态表示方法二、飞机稳定性和操纵性的基本概念1、稳定性的概念及其分类2、动稳定性和静稳定性的概念和两者之间的关系3、飞机的稳定性问题分为哪3个方面4、什么就是飞机的操纵性,飞机的操纵性分成哪3个方面三、飞机的横向稳定性1、什么是飞机的纵向配平,如何实现?(飞机水平尾翼的一个关键促进作用就是确保飞机在相同速度下展开定常直线飞行器的横向均衡*。