高速空气动力学基础

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1、第十章高速空气动力学基础飞行原理/CAFUC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210.1高速气流特性飞行原理/CAFUC10.1.1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4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5●空气压缩性与音速a的关系海里/小时公里/小时音速与传输介质的可压缩性

2、相关，在空气中，音速大小唯一取决于空气的温度，温度越低，空气越易压缩，音速越小。第十章第页6●亚音速、等音速和超音速的扰动传播第十章第页7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8气流速度与流管截面积的关系由连续性定理，在同一流管内速度增加，空气密度减小。在亚音速时

3、，密度的减小量小于速度的增加量，故加速时要求截面积减小。流量一定，流速快则截面积减小；流速慢则截面积增大。在亚音速气流中,流管截面积随流速的变化第十章第页9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10气流M数0.20.40.60.81.01.21.41.6流速增加的百分比1%1%1%1%1%1%1%1%密度变化的百分比-0.04%-

4、0.16%-0.36%-0.64%-1%-1.44%-1.96%-2.56%截面积变化的百分比-0.96%-0.84%-0.64%-0.36%00.44%0.96%1.65%●速度、密度和截面积在不同M数下的变化值第十章第页11●超音速气流的获得要想获得超音速气流，截面积应该先减后增。第十章第页12●TheTailpipeofSpaceShuttle第十章第页13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1410.2翼型的亚跨音速气动特性飞行原理/CAFUC10.2.1翼型的

5、亚音速空气动力特性●亚音速的定义飞行M数大于0.4,流场内各点的M数都小于1。考虑空气密度随速度的变化，则翼型压力系数基本按同一系数放大，体现出“吸处更吸，压处更压”的特点。因此，升力系数增大，逆压梯度增大，压力中心前移,临界迎角减小，阻力系数基本不变。翼型的亚音速空气动力特性第十章第页16飞行M数增大,升力系数和升力系数斜率增大飞行M数增大，最大升力系数和临界迎角减小翼型的亚音速升力特性第十章第页17翼型的亚音速阻力特性翼型的阻力系数基本不随飞行Ｍ数变化。翼型的压力中心位置的变化翼型的压力中心位置基本保持不变。第十章第页1810.2

6、.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19●临界马赫数MCRIT第十章第页20局部激波的形成和发展飞行马赫数大于临界马赫数后，机翼上表面开始出现超音速区。在超音速区内流管扩张，气流加速，压强进一步降低，与后端的压强为大气压力的

7、气流相作用，形成一道压力、密度、温度突增的界面，即激波。局部激波的形成第十章第页21局部激波的发展第十章第页22局部激波的发展第十章第页23●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。激波的视频第十章第页24●激波实例第十章第页25●激波实例第十章第页26●激波实例第十章第页27●激波实例第十章第页28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

8、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。