飞行动力学习题课(二)课件

dw w w w w u v w dt t x y z
2010年版本
Folie22
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
2.1.2
算子
欧拉法的加速度表达式
d u v w dt t x y z
表示随流体质点运动的导数，称随体导数。除速度
2.3.4 北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课 Bernoulli方程的应用
2010年版本
Folie2
2.1
描述流体运动的方法
2.1.1 拉格朗日方法与欧拉方法 连续介质假设：流体是由质点组成，无空隙地充满所 占据的空间。对于无数多的流体质点，当其发生运动时 ，如何正确描述和区分各流体质点的运动行为，将是流 体运动学必须回答的问题。描述流体运动的方法有两种 。
u ( x, y, z, t ) v( x, y, z, t ) w( x, y, z, t )
其中，x,y,z为空间点的坐标。
t表示时间。x.y.z.t称为欧拉变数。 x.y.z给定，t变化，表示不同时刻不同流体质点通过同一空间点 的速度。 t给定， x.y.z变化，表示给定时刻，不同流体质点通过不同空
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
2010年版本
Folie18
2.1.2
欧拉法的加速度表达式
由于流场不均匀性引起的速度变化为
M点为(x,y,z)，N点为(x+Δx, y+Δy, z+Δz) V ( N , t ) V ( x x, y y, z z, t ) V ( x, y, z, t ) V ( x, y, z, t ) V ( x, y, z, t ) V ( x, y , z , t ) x y z O(x 2 ,..., ) x y z V ( M , t ) V ( M , t ) V ( M , t ) V ( N , t ) V (M , t ) x y z O(x 2 ,..., ) x y z

要点二
核能推进
核能推进技术是一种具有极高推进效率的推进方式，但存 在安全和环保问题。目前，核能推进技术正在不断研究和 探索中，未来有望在特定领域得到应用。
智能化与绿色化发展
智能化
智能化是未来飞行器动力装置的重要发展方 向，通过智能化技术可以实现飞行器动力装 置的自适应控制、自主决策和自主维护等功 能，提高飞行器的安全性和可靠性。
详细描述
推力是指飞行器动力装置在单位时间内对空气施加的力量， 是衡量发动机性能的重要指标之一。推力的大小直接影响飞 行器的起飞重量、爬升速度、巡航速度和作战半径等关键性 能。
比热比
总结词
比热比是燃烧室中燃料燃烧释放的热 量与空气吸热量的比值，是评价发动 机性能的重要参数。
详细描述
比热比越大，表示燃烧室中燃料燃烧 越充分，热量释放越多，发动机的推 力和效率越高。同时，比热比也影响 发动机的燃烧效率和排放物生成。
《飞行器动力装置》ppt课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器动力装置概述 • 飞行器动力装置的组成与结构 • 飞行器动力装置的性能参数 • 飞行器动力装置的应用 • 飞行器动力装置的未来发展
01
飞行器动力装置概述
定义与分类
定义
飞行器动力装置是用于产生推力或拉力，使飞行器得以起飞、巡 航和着陆的装置。
VS
火箭发动机
用于运载火箭的推进动力，要求具有高推 力、高可靠性、可重复使用等特点。
军事领域
军用飞机发动机
用于战斗机、轰炸机等军用飞机的推进动力，要求具有高机动性、高可靠性、高维护性等特点。
导弹发动机
用于导弹的推进动力，要求具有高推力、高可靠性、快速响应等特点。
民用领域

ppt课件
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3、伯努利定理
伯努利定理是描述流体的压强和速度之间的关系可以用实验说明。如图在粗细不 均的管道中在不同截面积处安装三根一样粗细的玻璃管，首先把容器和管道的进 口和出口开头都关闭，此时管道中的流体没有流动，不同截面处（A-A、B-B、CC）的流体流速均为零，三根玻璃管中的液面高度同容器中的液面高度一样。这 表明，不同截面处的流体的压强都是相等的。现在把进口和出口的开头同时都打 开，使管道中的流体稳定地流动，并保持容器中的液面高度不变。此时三根玻璃 管中的液面高度都降低了，且不同截面处的液面高度各不相同，这说明流体在流 动过程中，不同截面处的压强也不相同。
8
2.1.2 大气的物理特性与标准大气
1、大气的物理特性
（4）可压缩性
• 气体的可压缩性是指当气体的压强改变时其密 度和体积改变的性质。不同状态的物质可压缩性 也不同。液体对这种变化的反应很小，因此一般 认为液体是不可压缩的；而气体对这种变化的反 应很大，所以一般来讲气体是可压缩的物质。
（5）声 速
y
yf
O
x c
ppt课件 yl
26
3、作用在飞机上的空气动力
空气动力：空气流过物体或物体在空气中运动时，空气对物 体的作用力。飞机上的空气动力R包括升力Y和阻力Q两部分。
（1）升力
空气流过机翼的流线谱如图， 这样机翼上、下表面产生压力 差。垂直于相对气流方向的压 力差的总和，就是升力。 机 翼升力的着眼点，即升力作用 线与翼弦的交点叫压力中心。
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3、伯努利定理
• 通过以上实验我们可以得到一个数学表达式来表示：
• 因当注意，以上定理在下述条件下才成立： • （1） 气流是连续的、稳定的。 • （2） 流动中的空气与外界没有能量交换。 • （3） 气流中没有摩擦，或变化很小，可以忽略不计。 • （4） 空气的密度没有变化，或变化很小，可以认为不变。

f
g对称翼型，常用于尾翼 h i超音速菱形翼型
j超音速双弧形翼型
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2.机翼平面形状和参数
机翼平面形状
机翼平面形状是飞机处于 水平状态时，机翼在水平 面上的投影形状
（a）矩形；（b）梯形； （c）椭圆形；
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
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加大安装角叫“内洗” (Wash in) ，通过调整外撑轩的长 度减小安装角叫“ 外洗” (Wash out) 上反角ψ、下反角-ψ 机翼底面与垂直机体立轴平面之间的夹角
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纵向上反角 机翼安装角与水平尾翼安装角缘下偏。
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称为流管。流线间隔缩小，表明流管收缩；反之，表明流管 扩张。
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7
体积流量
Q Av
质量流量
qm Av
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8
2.2 流体流动的基本规律
2.2.1 连续方程
连续方程是质量守恒定律在流体定常流动中的应用。 连续方程：
1 A1v1 2 A2v2 3 A3v3 ...
当气流流过机翼表面时，由于气流的方向和机翼所采用的翼 型，在机翼表面形成的流管就像图2 - 5 中所示的那样变细或 变粗，流体中的压力能和功能之间发生转变，在机翼表面形 成不同的压力分布，从而产生升力。
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13
2.3 机体几何外形和参数
2. 3.1 机翼的几何外形和参数
机翼翼型 机翼平面形状 机翼相对机身的安装位置
定常流
如果流体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，这种流动就称为定常流，这种流场被称 为定常流场。

2mg v
S CL
它表明在相同翼型下，翼载荷越大，则定直平飞速度越快。从另一个方面来看
vmin
2mg
S CL max
即，最小平飞速度为机翼接近失速迎角飞行。在翼型失速迎角一定的情况下，翼载荷越 大，最小平飞速度也越大。
5
壹 翼面负载
下面是典型的无人机的翼面负载。
无人机机型 全球鹰 长空-1 捕食者 徘徊者
贰 目录
一、
翼面负载
二、
展弦比
三、
后掠角
四、
根梢比
7
贰 展弦比 展弦比λ定义为翼展L除以平均翼弦b(λ=L/b)。 展弦比对机翼升力的影响为：当机翼产生升力时，下表面压强向上，上表面压强向下，且下表面压强值 大于上表面。则在翼尖处，下表面的高压气流流向上表面，减小了翼尖附近的升力。同时，如上节所述，有 限展长机翼也是诱导阻力产生的重要来源。 因此，展弦比越大，则翼尖效应对机翼升力的影响越小。理想情况是和翼型升阻特性一样。对于低速和 亚声速无人机，机翼展弦比越大，则升力线斜率和升阻比都较大。 展弦比的另外一个特性是翼尖涡减小了翼尖处的有效迎角，增大了翼尖处的失速迎角。因此，在机翼展 向各翼型扭转角相同的情况下，翼根比翼尖较易失速，这也是要设计机翼扭转的作用。一般翼尖剖面翼型与 翼根剖面翼型的扭转角在±3度左右。另外，相同情况下，展弦比越大则机翼滚转方向转动惯量越大，滚转机 动性越差。
这对无人机结构设计产生一定影响。即后掠 翼无人机翼梢处气动力增大，需要适当加强梢部 结构强度。
后掠机翼升力分布
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肆 目录
第一章
翼面负载
第二章
展弦比
第三章
后掠角
第四章
根梢比
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肆 根梢比

热力学基本单位—温度
(1)摄氏温标(Centigrade) ： 也称“百分温标”。 规定：在标准大气条件下， 水的冰点为零度，沸点为 100度，中间分为100等分， 每个等分代表1度。 摄氏温度用℃表示。它是 1742 年 由 瑞 典 人 摄 尔 司 发 明的。
100C °
C0°
热力学基本单位—温度
关于开氏温标的说明：到目前， 要物质的热运动完全停止还是 不可能的。-273.15℃只不过是 人们可以无限接近，但永远也 不可能达到的温度。因此，才 把它叫做绝对零度，意思是说， -273.15℃才是温度的真正零度。
热力学基本单位—温度
100C
°
(3)华氏温标(Fahrenheit) ：
212°F
用°R 表R°=示。
R°1=.8×°K
672R 212F
°
°
R
F
492R 32F
°
°
R 0°
-F 460°
13
热力学基本单位—温度
温度刻度相 同
温度刻度相 同
沸点
671.69 212度 100度 373.1K5
°
冰点 491.69
32度 0度
273.1K5
°
绝对 零度
0度 -459.69 -
0度
兰氏温标华氏温标摄27氏3.1温5 标开氏温标
大气压强 P
空气的的压强，是指物体单位面积上 所受空气垂直作用力。从数量说，即 是物体单位面积上所承受的大气柱的 重量。习惯上也称之为大气压力。大 气压力的产生是地球引力作用的结果。
大气密度ρ
大气的密度是指单位体积空气的 质量
状态方程
一般空气可以看作是完全气体，其状态参 数满足方程：

END
飞行动力学-飞机飞行性能计算
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃

5
空气动力学与飞行原理
翼型空气动力学
LOGO 6
壹 目录页 一、 二、 三、 四、
翼型几何特性 伯努利定理 升力 阻力
五、 六、 七、
升阻比
空气动力特性影响因素
翼型选择
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壹 翼型几何特性
在固定翼无人机的各种飞行状态下，机翼是 无人机产生升力的主要部件。如果平行于机身对 称面在机翼展向任意位置切一刀，切下来的机翼 剖面称作为翼剖面或翼型。如图，翼型设计是无 人机设计中必不可少的一环，它直接影响到固定 翼无人机的空气动力学特性和飞行性能。
（四）S翼型 中弧线是一个平躺的S型，这类翼型
因迎改变时，压力中心变动较小，升力 较大，常用于飞翼布局无人机。
（五）内凹翼 下弧线在翼弦线上，中弧线高，升
力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔 机。
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壹 翼型几何特性
（六）其它特种翼型 例如：直升机OA系列翼型等。 20世纪初设计了很多低速飞机的翼型，如德 国人奥托·利林塔尔设计并测试了RAF-6，还有 Gottingen 398，Clark Y，NACA翼型系列等， 如图2.5所示。目前这些翼型在低速无人机和航空 模型中得到了广泛的应用。尤其是Clark Y系列翼 型，因其良好的加工性能，在微型和轻型无人机 中得到了广泛应用。
空气动力学与飞行原理
无人机空气动力学概述
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壹 无人机空气动力学概述
无人机之所以能在大气中做持续的飞行，主要靠空气给它的反作用力（即升力）。空气动力学 最重要的是知道无人机上所受到的分布压力、升力、阻力和力矩，以及无人机参数对这些空气动力的 影响规律。
无人机主要在对流层和平流层飞行，此时无人机尺寸远大于气体分子的自由行程，因此，无人 机所处的介质是连续空气。对于无人机空气动力学，最重要的两个无量纲量是马赫数和雷诺数，它体 现了空气的压缩性和粘性特性。

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。

机身：容纳人员、货物或其他载重和设备；要 求流线；飞翼式飞机取消机身。 起落架：起飞降落（机轮、滑撬、浮桶）
2020/10/7
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操纵系统： 动力装置： 机载设备：
2020/10/7
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第二章 飞机的一般运动方程
一、常用坐标体系、飞机运动参数定义 及坐标系转换
常用坐标体系（全部为右手直角坐标系） 地面坐标系Axdydzd：地面坐标系是相对地球表 面固定不动的，它的原点A 位于地面的任意选 定的某固定点，而Axd 轴位于地平面内并选定 的任一指定的方向，Ayd轴铅垂向上，Azd位于 水平面内,地轴系常用在表示飞机在空间的位置 和飞行轨迹。
微型扑翼飞机
200mm，总重11.5克，微型电
机驱动
2020/10/7
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该微型旋翼飞行器基本尺寸为10cm，重 316g，其中发动机为微型柴油发动机，重 37g，燃油重132g。 上部装旋翼，下部装 照相机，采用GPS自动驾驶，留空时间 30min。可携带大约100g的设备。
美国洛克尼克的“克里扑里”微型旋翼飞行器
2020/10/7
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导弹：大气层外的弹道导弹、装有翼面在大气 层内飞行地空导弹、巡航导弹等（和飞机很相 似！），一次性使用； （航空发动机，火箭发 动机作为动力）
飞机的分类：有人驾驶飞机、无人驾驶飞机
有人驾驶飞机：歼击机（战斗机）、截击机、 歼击轰炸机、强击机（攻击机）、轰炸机、反 潜机、侦察机、预警机、电子干扰机、军用运 输机、空中加油机、舰载飞机等；旅客机、货 机、公务机、农业机、体育运动机、救护机等
2020/10/7
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机体坐标轴系Oxtytzt ：机体坐标轴系是固连与飞 机并随飞机一起运动的一种动坐标系。其原点位 于飞机的重心，Oxt 轴与机翼的平均空气动力弦 线或机身轴平行，指向机头的方向为正，Oyt轴 位于飞机的对称面内垂直于Oxt轴，向上为正， 而Ozt轴则垂直与飞机的对称面，向右为正 气动力矩的三个分量即滚转力Mx，偏航力矩My