无人机空气动力学课件 5.4膨胀波、激波及爆音

《无人机空气动力学》膨胀波、激波及爆音PART1膨胀波PART2激波目录PART3爆音PART

1膨胀波一、膨胀波膨胀波是超声速气流特有的重要现象，当超音速气流流经外凸角或外凸面时会产生膨胀波，膨胀波系或膨胀波束。一、膨胀波1.超声速气流流过一外凸角的膨胀波无粘的超声速气流绕无限小的外凸角流动（外凸角为dδ）：AO区间，气流和壁面平行气流未受扰动。流至O点，壁面转折，流动空间扩大，气流膨胀加速，外折一个角度，继续沿壁面流动，速度增大，压力、密度、温度随之减小。一、膨胀波1.超声速气流流过一外凸角的膨胀波转折点O为扰动源。超声速气流扰动有界，扰动影响只限于以OL1为锥面的马赫锥内，通过O点的马赫线OL1为一道弱扰动波，也是一道膨胀波，马赫角μ=arcsin(1/Ma)。超声速气流通过膨胀波前，气流参数没有任何变化。通过膨胀波后，速度增大，温度、压力、密度均减小。一、膨胀波1.超声速气流流过一外凸角的膨胀波

一、膨胀波1.超声速气流流过一外凸角的膨胀波超声速气流流过一外凸角时，气流方向的改变不是一次完成的，而是经过无数条膨胀波。这些膨胀波都从同一扰源O出发，形成扇形膨胀区。气流经过扇形膨胀区后，流速有一定量的增加，压力、温度、密度都有一定量的下降，但这些变化是连续的、渐变的，过程仍然是等熵的。一、膨胀波2.超声速气流流过一外凸曲面的膨胀波设AO和O’B为直壁面，OO’为外凸曲面，可把弯曲部分OO’看成由许多不断转折的微小外凸角组成的表面。超声速气流流过这一外凸曲面，可看成是空气连续流过许多转折角很小的外凸角。气流每经过一个微小的外凸角就受扰产生一道膨胀波，从而产生无数道膨胀波。气流每经过一道膨胀波，流动方向改变一次，速度增加一点，压力、密度、温度降低一点。在膨胀波束之外，气流参数保持不变。PART

2激波二、激波1.头部激波或前缘激波的产生飞机在静止的空气中以超声速飞行时，或气流以超声速流过飞机时，气流受到机头和机翼前缘阻挡，流速减慢很多，压力显著提高。二、激波1.头部激波或前缘激波的产生以平直机翼驻点为例，ΔP为压力升高量，形成一个强压力波。开始，由于压力波面前后压力差较大，压力波传播速度大，波面可离开机翼前缘逆气流向前传播。在强压力波向前传播中，压力将逐渐降低，使压力差逐步减小，传播速度减慢。当压力波向前传播速度与迎面气流速度相等时，压力波将相对于飞机保持不动，形成一道压力、密度、温度都突然升高的分界面，即产生激波。二、激波2.激波分类正激波：脱体激波的中部波面与气流方向垂直；斜激波：脱体激波的外侧波面与气流方向成一倾斜角；气流通过正激波后，空气压缩最明显，激波前后压力差最大，即激波强度最强。斜激波强度比正激波的弱。斜激波在延伸中，强度逐渐减弱，延伸至某一地方就减弱成弱扰动波了。二、激波3.激波角当来流与楔形体中轴线平行时，气流方向内折，气流受到斜平面的阻滞作用，从而在气流转折的地方产生上下两道斜激波。前缘半顶角叫气流内折角或称折壁内凹角(δ)。波前气流方向与斜激波的夹角叫激波角(μ)。激波角的大小取决于波前气流马赫数和气流内折角的大小。激波角的大小反映了波前气流速度与激波波速之间的比例关系。当马赫数一定时，激波角越大，说明激波波速大，激波强；反之，则激波弱。二、激波4.超声速气流流过激波后气流参数的变化超声速气流流过激波后，不管是正激波还是斜激波，波后同波前相比，气流速度都突然减小，压力、密度、温度都突然升高。但是斜激波不像正激波那样强烈。在同一来流条件下，斜激波的压缩作用比正激波的弱。PART

3爆音三、爆音1.爆音的产生与强度飞机超声速飞行时，机身、机翼、尾翼的头部和尾部都会产生强烈的激波，引起周围空气发生急剧的压力变化。如果飞行高度不高，位于地面上的人在激波经过瞬间，好似遇到晴空霹雳，会听到类似响雷或炮弹爆炸的声音，这就是超声速飞行中的所谓“爆音”。“爆音”的强度与飞行高度和飞行马赫数有关。飞行马