《绪论及基础知识》PPT课件

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1、第一章绪论及基本概念、知识空气动力学授课教师：陈浮哈尔滨工业大学能源科学与工程学院推进理论与技术研究所10学时1教材：空气与气体动力学引论李凤蔚1.第一章p1~9，p20~22；2.第二章p25~36，p39~40；3.第六章p156~161；4.第十四章p344~354。2空气与气体动力学的任务、研究方法及发展无黏流动液体流体力学流体静力学流体动力学气体水力学理论流体动力学润滑理论黏性流动变化小变化大不可压缩低速空气动力学高度或低压影响高速影响动力气象学稀薄气体动力学气体动力学亚

2、/跨/超声速空气动力学高超声速空气动力学电磁流体动力学3基本任务：空气、气体的运动规律及其与固体之间相互作用力航空、航天、汽车/列车、建筑/桥梁、叶轮机械（风机/汽轮机等）、天气预报、船舶、体育运动、……航空飞行器空气动力学升力储备：爬升、机动飞行气动效率：高升阻比稳定性、操控性表面压力及换热规律：材料、结构理想不可压流体伯努利方程空气流过飞行器外部时运动规律飞行器升力及形成机理库塔-儒可夫斯基定理库塔-儒科夫斯基定理假设实际黏性附面层旋涡/涡量Stokes定理翼型非对称附面层内涡量

3、总和即为导致升力的环量环量从何而来？凯尔文定理4飞行器气动部件及其空气动力学机理翼梢小翼下洗速度诱导阻力有效迎角下洗角翼尖尾涡升力当地升力等效来流来流实际升力尾涡翼梢小翼阻挡气流上卷削弱尾涡下洗速度诱导阻力内向侧力升力推力内向侧力升力推力5后掠机翼平直机翼是产生升力/激波的有效速度后掠翼可提高产生激波的Macr边条涡边条翼：下表面压力>上表面压力气流旋转边条涡涡旋转涡心P低而V高流经部位压力低涡升力注入机翼表面气流能量推迟分离激波激波阻力6发动机气体动力学高速气体（

4、空气或燃气）在压缩性呈显著作用时的流动规律及其与物体之间的相互作用；气体在物体内部（如发动机）的运动规律；航空发动机主要部件及其作用压气机/风扇：气体增压燃烧室：气体加热涡轮：气体膨胀7音障/音爆/音爆云正激波及阻力弱压缩波斜激波音障楔型体超音速运动激波及激波阻力阻力系数消耗3/4功率活塞发动机高速时螺旋桨效率低、桨尖易产生激波喷气发动机降低波阻的超音速气动布局如后掠翼、面积率蜂腰机身等音爆激波面上声学能量高度集中，这些能量让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声。超音速低压气流

5、局部正激波斜激波局部亚音气流超音/亚音气流超音速气流膨胀加速压缩减速尾激波压缩减速音爆云激波后气体急剧膨胀降压降温潮湿天气气温低于露点水汽凝结水珠云雾8冲压发动机亚燃冲压发动机3

6、等离子鞘套等离子体振荡频率无线电截止频率无线电信号屏蔽F16战斗机Ma=2温度120℃铝合金黑鸟SR-17侦察机Ma=3温度370℃93%钛合金航天飞机Ma=36温度11000K硅瓷片防护瓦、烧蚀材料热障结构强度刚度动能热能热辐射热传导气动热力学常温常压O2占20%N2占80%完全气体2000K

7、化学分子密度低电离弱80km<黑障区<54.8km大气稠密减速至一定程度温度低电离弱10空气/气体动力学的其他应用鸟类/昆虫飞行及扑翼机扑动速度均匀来流合速度合力升力推力机动性强举升/推进/悬停/快速变向等动作集于一个扑翼系统大升力利用非定常机制，其升力远高于常规飞行器，能够在低雷诺数条件下飞行。11绕障碍物流动的卡门涡街周期性脱落低Re数绕流运动双列线涡即卡门涡街旋向相反排列规则塔科玛峡谷桥风毁事件及电线风鸣声共振破坏19米/秒的风流经边墙风吹电线卡门涡街涡交替发放流体物体施加横

8、向交变侧向力物体流体施加横向交变气动力桥梁振动涡发放频率桥梁结构的固有频率压强脉动形成声波龙卷风积雨云中大范围分布的涡量由下降气流带到地面涡管拉细/涡量增强地面气压急剧下降/风速急剧上升上下逆向旋涡带走动量方向相反辐射声波12森林空气动力学树木风阻∝风速：种植方式避免风害风阻树冠/树叶：树叶在高速风中结构变形种子传播：繁衍规律、仿生力学建筑物空气动力学车辆空气动力学高/矮建筑物间涡流：风速大于普通布局的3-4倍建筑物迎背风面：背风面低压吸力效应斜屋顶：倾斜角较小吸力效