第十章高速空气动力学基础

第十章高速空气动力学基础

第十章第页2本章主要内容10.1高速气流特性10.2翼型的亚跨音速气动特性10.3后掠翼的高速升阻力特性10.1高速气流特性第十章第页410.1.1空气的压缩性

空气的压缩性是空气的压力、温度等条件改变而引起密度变化的属性。

低速飞行(马赫数M<0.4)

空气密度基本不随速度而变化

高速飞行(马赫数M>0.4)

空气密度随速度增加而减小第十章第页5空气压缩性与音速的关系

扰动在空气中的传播速度就是音速。●音速的定义第十章第页6空气压缩性与马赫数M的关系M数越大，空气被压缩得越厉害。

马赫数M是真速与音速之比。分为飞行马赫数和局部马赫数，前者是飞行真速与飞行高度音速之比，后者是局部真速与局部音速之比（如翼型上表面某点的局部马赫数）。

低速飞行(马赫数M<0.4)

可忽略压缩性的影响

高速飞行(马赫数M>0.4)

必须考虑空气压缩性的影响第十章第页7

因此，M>1时，流管扩张，流速增加，流管收缩，流速减小。

在超音速时，密度的减小量大于速度的增加量，故加速时要求截面积增大。由连续性定理，在同一流管内速度增加，空气密度减小。气流速度与流管截面积的关系在超音速气流中,流管截面积随流速的变化第十章第页8本章主要内容10.1高速气流特性10.2翼型的亚跨音速气动特性10.3后掠翼的高速升阻力特性第十章第页910.2.2翼型的跨音速空气动力特性

机翼上表面流速大于飞行速度，因此当飞行M数小于1时，机翼上表面最低压力点的速度就已达到了该点的局部音速(此点称为等音速点)。此时的飞行M数称为临界马赫数MCRIT

。

跨音速是指飞行速度没达到音速，但机翼表面局部已经出现超音速气流并伴随有激波的产生。临界马赫数MCRITMCRIT是机翼空气动力即将发生显著变化的标志。第十章第页10●临界马赫数MCRIT第十章第页11●局部激波的形成与发展大于MCRIT后，上表面先产生激波。随M数增加，上表面超音速区扩展，激波后移。M数继续增加，下表面产生激波，并较上表面先移至后缘。M数接近1,上下表面激波相继移至后缘。M数大于1,出现头部激波。第十章第页12●激波实例第十章第页13●激波实例第十章第页14●激波实例第十章第页15●激波实例第十章第页16翼型的跨音速升力特性

考虑空气压缩性，上表面密度下降更多，产生附加吸力,升力系数CL增加，且由于出现超音速区，压力更小，附加吸力更大；下翼面出现超音速区，且后移较上翼面快，下翼面产生较大附加吸力，CL减小；下翼面扩大到后缘，而上翼面超音速区还能后缘，上下翼面的附加压力差增大，CL增加。升力系数随飞行Ｍ数的变化临界M数，机翼上表面达到音速下表面达到音速下表面激波移至后缘上表面激波移至后缘第十章第页17翼型的跨音速阻力特性波阻就是正迎角时，在跨音速阶段翼型产生的附加吸力向后倾斜从而在速度方向所附加产生的阻力。波阻的产生第十章第页18本章主要内容10.1高速气流特性10.2翼型的亚跨音速气动特性10.3后掠翼的高速升阻力特性10.3后掠翼的高速升阻力特性第十章第页2010.3.1后掠翼的亚音速升阻力特性●对称气流经过直机翼时的M数变化

气流经过直机翼后,马赫数M会增加。亚音速下对称气流流经后掠翼第十章第页21●亚音速下对称气流流经后掠翼

对称气流经过后掠翼,可以将气流速度分解到垂直于机翼前缘和平行于机翼前缘。第十章第页22

在气流向后的流动过程中，平行于前缘的气流分速不发生变化，而垂直于前缘的有效分速则发生先减速、后加速、再减速的变化，导致总的气流方向发生左右偏斜。●后掠翼的翼根效应和翼尖效应

后掠翼的升力大小由垂直于前缘的有效分速所决定。第十章第页23翼根效应

亚音速气流条件下，上翼面前段流管扩张变粗,流速减慢，压强升高，吸力降低；后段流管收缩变细,流速加快，压强减小,吸力有所增加。流管最细的位置后移，最低压力点向后移动。翼尖效应

亚音速气流条件下，上翼面前段流管收缩变细，流速加快，压强降低，吸力变大；在后段，流管扩张，流速减慢，压强升高，吸力减小。流管最细位置前移，最低压力点向前移动。

气流流过后掠翼时，流线左右偏移的分析第十章第页24后掠翼的翼根和翼尖效应对升力的影响

翼根效应使翼根部位机翼的吸力峰减弱，升力降低，翼尖效应使翼尖部位的吸力峰增强，升力增加。第十章第页25后掠翼的翼根和翼尖效应对升力系数的影响后掠翼各翼面的升力系数沿展向的分布第十章第页26中小迎角下后掠翼的亚音速升阻力特性

同一迎角下,后掠翼的升力系数和升力线斜率比平直翼小。后掠翼对升力系数和升力线斜率的影响第十章第页27后掠翼在大迎角下的失速特性原因：①翼根效应和翼尖效应，使机翼上表面翼根部位压力大于翼尖部位压力，压力差促使气流展向流动，使附面层在翼尖部位变厚，容易产生气流分离。②翼尖效应使翼尖部位上表面吸力峰增强，逆压梯度增加，容易气流分离。翼尖先失速第十章第页28后掠翼飞机改善翼尖先失速的措施主要方法:阻止气流在机翼上表面的展向流动主要手段:翼上表面翼刀前缘翼刀前缘翼下翼刀前缘锯齿涡流发生器第十章第页29翼上表面翼刀第十章第页30前缘翼刀前缘翼下翼刀第十章第页31前缘锯齿第十章第页32涡流发生器第十章第页33涡流发生器第十章第页3410.3.2后掠翼的跨音速升阻力特性后掠翼的临界M数后掠翼的速度分解

后掠翼的临界马赫数MCRIT比相同剖面平直翼的MCRIT