空气动力学PPT

1、内容内容n绪论n基本概念n飞行力学基础绪论绪论n飞行器p空气中的运动体，一个复杂的被控对象，要想控制它，需要了解气流特性与飞行器在气流中飞行时的特性n飞行力学：p研究飞行器在大气中飞行时的受力与运动规律，建立飞行器动力学方程p空气动力学是力学的一个分支p研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。p它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。还涉及飞行器性能、稳定性和操纵性等问题。p包括外流、内流。p遵循基本规律：质量守恒、牛顿第二定律，能量守恒、热力学第一、第二定律等。n发展简史：p18世纪流体力学开始创建：伯努利公式、

2、欧拉方程等。p19世纪流体力学全面发展；形成粘性流体动力学、空气-气体动力学：NS方程、雷诺方程等。p20世纪创建完整的空气动力学体系：儒可夫斯基、普朗特、冯卡门、钱学森等，包括无粘和粘性流体力学。1903年莱特兄弟实现飞行，60年代计算流体力学。n分类：p低速p亚声速p跨声速p超声速（高超）p稀薄气体空气动力学、气体热化学动力学、电磁流体力学等p工业空气动力学n研究方法：p实验研究n风洞、水洞、激波管中进行的模型试验（相似原理）n飞行试验n优点：较真实、可靠n不足：不能完全、准确模拟、测量精度、人力、物理p理论分析n流动现象=物理模型=基本方程=求解=分析、判断=修正n揭示内在规律，受数学发

3、展水平限制、难满足复杂问题p数值计算n近似计算方法（有限元）n经费少、但有时结果可靠性差n我国发展概述p风筝、火箭、竹蜻蜓、气球等p1934年、航空工程系p50、60年代航空工业崛起p70年代建立门类齐全的航空工业体系p改革开放后跨越发展第一节第一节 空气动力学的基本知识空气动力学的基本知识 流体流动的流体流动的 1111,VA m2222,VA m11112222mV AmV A()VAm常数0ddVdAVA0d常数，VA常数21()2pVC常数2012pVp总压 VMa20aT 伯努利静态公式伯努利静态公式 不适用于高速流动情况不适用于高速流动情况 ，由由于空气高速流动时密度于空气高速流动

4、时密度 不是常数不是常数由推导由推导伯努利方程动态过程，得出考虑到空气的可压缩性的伯努利方程动态过程，得出考虑到空气的可压缩性的能量守恒方程：能量守恒方程： 21()2pVC常数2(1)dVdAMVA 延伸风洞结构风洞不同马赫数流场的形成21()2pVC常数超声速超声速：拉阀尔喷管：拉阀尔喷管：它是一个先渐缩后渐扩的管道装置，喷管的最小截面称为喉道，在喉道处气流达到音速。要想把亚音速气流加速成为超音速气流，管道结构必须是先收缩后扩张，这一点是产生超音速气流的必要条件。亚跨声速：亚跨声速：2(1)dVdAMVA第二喉道和扩压器：第二喉道的作用是使超音速气流减速到亚音速，其减速的原理是将第二喉道设

5、计成当超音速气流通过第二喉道上游时，超音速气流受到轻微的压缩而产生几道较弱的斜激波，当超音速气流穿过斜激波后变成较低M数超音速气流。当到达第二喉道稍稍下游的位置时，超音速气流又产生一道较弱的正激波，气流通过正激波后降为亚音速气流。 gggggSo x y z 攻角对于翼形来说，攻角定义为翼弦与来流速度之间的夹角，抬头为正，低头为负，常用符号表示。对于实际飞行的导弹来说，由于有侧滑角的存在，攻角就不能如上定义，需要投影到导弹的纵对称平面内，即攻角为速度矢量V在纵向对称面上的投影与导弹纵轴之间的夹角。若导弹的侧滑角为零，则攻角直接为速度矢量V与导弹纵轴之间的夹角英文：Angle Of Attack

6、（AOA）攻角，也称迎角，为一空气动力学名词。俯仰角俯仰角是指纵轴与水平面间的夹角，而攻角是指纵轴与来流之间的夹角（侧滑角为零时）。当导弹水平飞行时，攻角等于俯仰角；导弹不是水平飞行时，攻角不等于俯仰角。图中所示的导弹不是水平飞行，攻角不等于俯仰角。计算公式： 俯仰角攻角+弹道倾角 翼型的升力与攻角要有升力，翼型则必须要有攻角或是弯度。有弯度的翼型，其零升攻角不为零，也就是说在攻角为0度时，有中弧线的翼型有升力。而对称翼不具有中弧线，所以在攻角为0度时没有升力，必须要有攻角，翼型才能提供升力。如图所示。偏航角与侧滑角侧滑角，drift angle，yaw angle是速度矢量V与导弹纵向对称平

7、面之间的夹角，是速度坐标系与弹体坐标系之间的关系；偏航角是导弹纵轴在水平面上投影与地面坐标系Ax轴（在水平面上，指向目标为正）之间的夹角，是地面坐标系与弹体坐标系之间的角度关系。滚转角roll angle又称“坡度”，“倾斜角”。对其中滚转角定义为弹体的Oy轴（即弹体的竖直轴）与包含弹体纵轴的铅垂平面之间的夹角。从弹体尾部沿纵轴往前看，若Oy轴位于铅垂平面的右侧，形成的滚转角为正（转动角速度方向与纵轴Ox轴的正向一致），反之为负（图中的滚转角为正）。直观的说，滚转角就是导弹沿纵轴转过的角度。滚转角通常用来表示。 z翼弦长翼弦长c c翼型前缘点翼型前缘点A A至后缘点至后缘点B B的距离的距离相

8、对厚度相对厚度 , , , , t t 最大厚度最大厚度相对弯度相对弯度 ， , , f f 中弧线最高点至翼弦线距离中弧线最高点至翼弦线距离超音速机翼特点：没有弯度且相对厚度很薄机翼形状对产生的升力有很大影响 CLw0 0.5M0.5M，升力系数基本不变，升力系数基本不变， 0.5MMcr0.5MMcr，略有增加略有增加0.5 1 1）亚音速飞行时）亚音速飞行时诱导阻力诱导阻力 翼尖形成自由涡和下洗角，翼尖形成自由涡和下洗角， 升力有了向后的分力升力有了向后的分力 C CDiDi=C=CL L C CDiDi诱导阻力系数诱导阻力系数展弦比大，诱导阻力小（滑翔机）展弦比大，诱导阻力小（滑翔机）2 2）超音速飞行时）超音速飞行时升致波阻升致波阻 C CDiDi=C=CL L升致波阻升致波阻 00