空气动力学基础(ppt)

➢ 流体微团在宏观上无限小，在微观上无限大。
2.1.3 流场、 定常流和非定常流
➢ 流场：流体流动所占据的空间称为流场。 ➢ 流场的选取可根据研究的需要进行确定。可大可小。
非定常流与定常流
➢ 非定常流与非定常流场：
在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参 数——速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动 就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。
的地方, 却流得比较快。 夏天乘凉时, 我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中, 因
为那里常有“ 穿堂风”。 在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得
大。
连续方程
质量守恒定律
➢ 质量守恒定律是自然界基本的定律之一, 它说明物质既不 会消失, 也不会凭空增加。
➢ 应用在流体的流动上: 在定常流动中，当流体低速、稳 定、连续不断地流动时, 流进任何一个截面的流体质量
➢ 只要相对气流速度相同 ， 产生的空气动力也就相等。
（非定常流动转换为定常流动）
风洞实验
➢ 将飞机的飞行转换为空气的流动 ，使空气动力问题的研 究大大简化。
➢ 风洞实验就是根据这个原理建立起来的。
风洞应用
相对气流方向的判定
➢ 相对气流的方向与飞机运动的方向相反 。
平飞时：
相对气流方向 飞行速度方向
➢ 对于不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 表示为：
p1v2
2
p0
常数
静压
动压
总压
➢ 静压：单位体积流体具有的压力能。在静止的空气中， 静压等于大气压力。 ➢ 动压：单位体积流体具有的功能。 ➢ 总压：静压和动压之和。
p1v2
2
p0
常数
➢ 上式即为：不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 的伯努利 方程。

Definition of infinitesimal fluid element:
an infinitesimally small fluid element in the flow, with a differential volume.
It contains huge large amount of molecules Fixed and moving infinitesimal fluid element. Focus of our investigation for fluid flow.
Fixed control volume and moving control volume. Focus of our investigation for fluid flow.
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2.3.2 Infinitesimal fluid element approach
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2.3.3 Molecule approach
Definition of molecule approach:
The fluid properties are defined with the use of suitable statistical averaging in the microscope wherein the fundamental laws of nature are applied directly to atoms and molecules. In summary, although many variations on the theme can be found in different texts for the derivation of the general equations of the fluid flow, the flow model can be usually be categorized under one of the approach described above.

2
N-S方程的解算

理论解法
–非线性问题 –精确解的限制 –初边值条件的适定性 –物理模型 (粘性、热力学模型、 …) –优缺点的比较
N-S方程的解算

计算流体力学 (CFD)
–网格化的流场就是一个离散的世界
J.D. Anderson, “Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications”, McGraw-Hill, 1995

积分形式的连续方程
dV V dS 0 S t V V [ t ( V )]dV 0

微分形式的连续方程 ( V ) 0
t
连续方程

定常流动
( V ) 0

S
V dS 0
u sin / r v cos / r
Vr u cos v sin 0 1 V u sin v cos r 1 Irrotational flow? z V r 0 r V rV r 2 V dl V rd 2

旋度

V
z
v u x y

无旋流

有旋流
From M. van Dyke’s “An album of fluid motion” Video?
角变形率

角变形
2 (1 )

角变形率
xy
d v u dt x y
流线之间的质量流量
c2 c1
d V lim n 0 n dn

采用后尾式和无尾式气动布局的普通高速飞机，由于种 种原因，其低速性能往往不佳。而鸭式布局则可以满足战斗 机对高、低速性能的要求。因为这种布局能很好地兼顾高速 飞机所需的细长体外形和飞机实现短距起落所需的高配平升 力系数。这是因为：一方面，细长鸭式布局在由亚声速过渡 到超声速时，其焦点移动而引起的安定度增量比后尾式要小， 这对高速机动飞行是有利的。另一方面，在大迎角进场或飞 行时，它又能产生比后尾式和无尾式飞机高得多的配平升力。 这说明它亦适合低速飞行。
莱特兄弟的世界上第一架飞机的气动布局——鸭式布局
随着计算机技术的发展，飞控系统的控制精度 越来越高，鸭式布局逐渐成熟起来，产生了一 批鸭翼飞机。。。。。。
前苏联 米格1.44
以色列幼狮战斗机
欧洲台风战斗机
简介 歼十猛龙的精彩镜头 图片·Picture
东 方
龙 腾
歼-10战斗机采用了鸭式气动布局，这在我国研制成功的战斗 机中还是首次。 那么，鸭式布局战斗机有些什么特点，其气动特性又如何呢?
图144超音速客机
远距鸭式布局的点主要集中在如下几点： 1.在远距耦合鸭式布局中，由于前翼离机翼的距离较远，相互的干扰要简单得多， 各翼面参数的匹配也要相对容易一些，所以目前许多其他鸭式布局的战斗机都采 用了远距耦合鸭式布局，其中最典型的就是欧洲战斗机"台风"。 2.在远距耦合布局中，前翼不但本身产生升力，而且前翼的翼尖涡与机翼气流也 会产生一定有利的气动干扰，在机翼上表面的一定区域内形成吸力，使飞机的总 升力大于单独机翼和单独前翼升力之和，而且使机翼的气动载荷向内侧移动，减 小机翼弯矩，从而可以减轻飞机的重量。 3.由于前翼使飞机的升力作用点在重心之前，飞机有一个抬头趋势，所以通过机 翼后缘操纵面的向上偏转，可以形成有利机翼弯度，从而减小配平阻力，提高了 飞机的机动性能，前翼还增加了飞机纵向操纵的灵敏度，从而提高了飞机的敏捷 性。 4.在超声速飞行时，远距耦合鸭式布局比常规布局的飞机有更小的配平阻力，从 而提高了飞机的超声速稳定盘旋能力。 远距耦合布局的主要缺点是飞机长度可能会加大，因而使飞机的重心和气动中心 的位置变化相对较为敏感，增加了对飞机操纵性的难度。