高速空气动力特性课件讲解

飞机高速空气动力空气动力学基础与飞行原理陶理广州民航职业技术学院目录CONTENTS空气动力学基础与飞行原理高速气流特性一激波与膨胀波二高速空气动力特性三高速机翼设计四其他高速气动设计五翼型的亚声速气动特性空气动力学基础与飞行原理亚声速指Ma>0.3，飞机上各个部位来流流速均Ma<1.0，没有出现激波此时此刻，空气压缩性不容忽视=p∞<p∞>p∞=p∞靠近前缘，压力最小，流速最快靠近前缘，压力最大，流速最慢空气密度的显著变化，使得翼型压力分布：吸处更吸，压处更压吸处更吸压处更压气动特性的变化升力系数变大：上下表面压力差增大升力线斜率：上下翼面的压力差随着迎角的增加，增长得更快，升力线斜率增加最大升力系数，临界迎角减小：前缘吸力增大明显，后缘吸力增长变缓，上翼面后部逆压梯度增大，导致气流提前分离压力中心：随着Ma数增大，前缘吸力和压力增长均比后缘明显，压心向前移动空气动力学基础与飞行原理低速流动，上翼面的流速比来流速度更快翼型的跨声速气动特性随着飞行速度增加，上翼面流速越来越快；速度越大，温度越低，声速越小；当飞行速度临近Ma=1.0时，上翼面流速可能早已超过了声速机翼表面局部凸起区域出现超声速气流，并产生激波，这种状态就是跨声速超声速气流和激波仅在机翼的局部区域出现临界马赫数机翼表面局部凸起区域开始出现超声速气流，并产生激波，此刻的马赫数就是临界马赫数临界马赫数只能小于1，不能大于或等于1空气动力学基础与飞行原理翼型的跨声速气动特性局部激波的形成来流达到临界马赫数时，机翼上表面出现等声速点流速增大压强减小密度减小温度下降流速增大压强减小密度变小温度下降等声速点之后，流管扩张，空气加速膨胀，形成膨胀波，出现局部超声速区域局部超声速该区域内，压力下降；但在机翼后缘，压力又约等于大气压力上表面后部存在较大的逆压梯度，后部气流会产生逆流而上，与上游来流正面对撞，形成一道压缩波，这就是局部激波激波局部激波的发展低于临界马赫数达到临界马赫数马赫数继续增大马赫数临近1.0马赫数超过1.0亚声速气流：无超声速区域、无激波出现机翼上表面开始出现较小面积的超声速区，出现局部激波上表面超声速区范围扩大，局部激波向后移动，等声速点向前移动下表面也出现超声速区域，并产生激波上下表面的超声速区都在扩大前缘出现脱体激波，后缘激波向后倾斜上下表面的超声速区进一步扩大等声速点逼近机翼前缘，局部激波移动至机翼后缘除脱体激波及后缘激波后部区域，翼型大部分区域Ma>1激波的发展空气动力学基础与飞行原理跨声速局部激波的发展规律空气动力学基础与飞行原理翼型的跨声速气动特性局部激波首先在机翼上表面产生随着来流马赫数增大，超声速区域扩大，等声速点前移，局部激波后移当强压缩波向前传播的速度等于局部气流流速，激波位置会稳定下来机翼下表面后产生局部激波，但后移速度较快机翼下表面较平坦，凸起程度小于机翼上表面，对气流的加速作用较弱，故后产生局部激波随着Ma数增大，翼型升力特性呈现“两起两落”的特性空气动力学基础与飞行原理翼型的跨声速升力特性Ma小于Macr时，机翼上下表面均为亚声速流动，升力系数CL随着Ma数的增加而增大Ma超过Macr，机翼上表面出现局部超声速区及局部激波。超声速区负压增强，机翼上表面吸力增大，升力显著增加Ma达到一定程度，机翼下表面也出现超声速区，下表面亦产生吸力，机翼升力骤然下降当机翼下表面激波移动至后缘，而上表面激波仍在后移，机翼上表面产生更多的吸力，此时机翼升力重新上升Ma达到1.0时，机翼上表面激波也移动到后缘，等声速点接近机翼前缘，超声速区不再扩大；此时下表面等声速点仍在前移，超声速区仍在扩大，下表面吸力增加较快，升力系数下降空气动力学基础与飞行原理下临界马赫数及上临界马赫数当机翼上各点马赫数均大于1翼型处于整体超声速状态，这标志着飞机已超过跨声速阶段这个马赫数就叫做上临界马赫数而机翼上表面开始出现马赫数大于1的飞行速度，是下临界马赫数下临界马赫数上临界马赫数研究上临界马赫数，是研究超声速飞行的基础空气动力学基础与飞行原理随着飞行Ma数的增加，翼型的临界迎角变小，最大升力系数也减小，飞机将在更小的迎角发生失速高速飞行和激波失速激波失速：激波增强，机翼后部逆压梯度增大，气流分离更加猛烈激波气流分离马赫数增加失速迎角下降最大升力系数下降伴随着气流的分离，高速飞行的飞机可能会发生抖振，这是现代飞机高速试飞必须验证的科目速度不受干扰的主流附面层边界物体表面空气动力学基础与飞行原理Ma数大于Macr，翼型阻力主要由激波产生翼型的跨声速阻力特性Ma数小于Macr，翼型阻力主要由气流黏性引起由激波额外产生的阻力，称之为波阻（激波阻力）一方面：翼型上下表面均存在超声速区，产生吸力，与来流形成压力差，带来压差阻力另一方面：局部激波与附面层相互干扰，激波会在机翼后部产生强烈的逆压梯度，引起附面层气流急剧分离，这又带来另一部分压差阻力激波阻力实质上是压差阻力空气动力学基础与飞行原理翼型的跨声速阻力特性阻力系数随Ma数变化当Ma小于Macr，翼型的阻力主要由气流黏性引起当Ma超过Macr，翼型表面产生激波，出现激波阻力。随着机翼上下表面超声速区的扩大，激波的增强，激波阻力逐渐增强当Ma超过1.0，机翼上下表面的超声速区不再扩大，激波阻力效果开始变弱阻力系数随着Ma数的增大，先增大后减小阻力随Ma数变化动压的持续增大，导致阻力持续增加空气动力学基础与飞行原理翼型的超声速空气动力特性当Ma数超过上临界马赫数时整副机翼各点的局部马赫数都大于1.0超声速升力和升力系数升力系数随着Ma数的增加而减小：翼型整体进入超声速之后，翼型上下表面的压力不再随Ma数增加而变化，但高速流动