飞行原理――空气流动的描述

1、第二章,飞机的低速空气动力,本章主要内容,2.1 空气流动的描述 2.2 升力 2.3 阻力 2.4 飞机的低速空气动力特性 2.5 增升装置的增升原理,2.1 空气流动的描述,空气动力是空气相对于飞机运动时产生的，要学习和研究飞机的升力和阻力，首先要研究空气流动的基本规律。,2.1.1 流体模型化,理想流体，不考虑流体粘性的影响。 不可压流体，不考虑流体密度的变化。 绝热流体，不考虑流体温度的变化。,2.1.2 相对气流,运动方向,相对气流方向,自然风方向,飞机的相对气流方向与飞行速度方向相反,只要相对气流速度相同，飞机产生的空气动力就相同。,对相对气流的现实应用,直流式风洞,回流式风洞,风

2、洞实验段及实验模型,风洞的其它功用,汽车工业中,2.1.3 迎角,迎角就是相对气流方向与翼弦之间的夹角。,相对气流方向就是飞机速度的反方向,相对气流方向是判断迎角大小的依据,平飞中，可以通过机头高低判断迎角大小。而其他飞行状态中，则不可以采用这种判断方式。,水平飞行、上升、下降时的迎角,上升,平飞,下降,迎角探测装置,2.1.4 流线和流线谱,空气流动的情形一般用流线、流管和流线谱来描述。,流线：流场中一条空间曲线，在该曲线上流体微团的速度与曲线在该点的切线重合。对于定常流，流线是流体微团流动的路线。,流管：由许多流线所围成的管状曲面。,流线和流线谱,流线谱是所有流线的集合。,流线和流线谱,(

3、a) 流线 1流速 2流线 3翼剖面,(b) 流线谱,流线和流线谱的实例,流线的特点,该曲线上每一点的流体微团速度与曲线在该点的切线重合。,流线每点上的流体微团只有一个运动方向。,流线不可能相交，不可能分叉。,流线谱的特点,流线谱的形状与流动速度无关。,物体形状不同，空气流过物体的流线谱不同。,物体与相对气流的相对位置（迎角）不同，空气流过物体的流线谱不同。,气流受阻，流管扩张变粗，气流流过物体外凸处或受挤压 ，流管收缩变细。,气流流过物体时，在物体的后部都要形成涡流区。,2.1.5 连续性定理,流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的流体质量相等。,质量守恒定律是连续性定理的基础。,连续

4、性定理,1,2,A1,v1,A2,v2,单位时间内流过截面1的流体体积为,单位时间内流过截面1的流体质量为,同理，单位时间内流过截面2的流体质量为,则根据质量守恒定律可得：,即,结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。,山谷里的风通常比平原大,河水在河道窄的地方流得快，河道宽的地方流得慢,日常的生活中的连续性定理,高楼大厦之间的对流通常比空旷地带大,2.1.6 伯努利定理,同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。,能量守恒定律是伯努力定理的基础。,伯努利定理,空气能量主要有四种：动能、压力能、热能、重力势能。 低速流动，热能可忽略不计；空气密度小，重力势能可忽略不计。,因此，沿流管任意截面能量守恒，即为：动能+压力能=常值。公式表述为：,上式中第一项称为动压，第二项称为静压，第三项称为总压。,伯努利定理,深入理解动压、静压和总压,同一流线： 总压保持不变。 动压越大，静压越小。 流速为零的静压即为总压。,同一流管： 截面积大，流速小，压力大。 截面积小，流速大，压力小。,深入理解动压、静压和总压,伯努利定理适用条件,气流是连续、稳定的，即流动是定常的。,流动的空气与外界没有能量交换，即空气是绝热的。,空气没有粘性，即空气为理想流体。,空气密度是不变，即空气为不可压流。,在同一条流线或同一条流管上。