《旋成体空气动力学》PPT课件

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1、第5章旋成体空气动力学5.1旋成体基本概念和绕流图画一、旋成体的几何参数及外形弹丸和火箭的弹体形状一般是由一条母线(直线或曲线)绕对称轴旋转而成的，这样的物体称为旋成体。包括对称轴的任一平面称为旋成体的子午面，母线就是旋成体与任一子午线的交线。因此，在任一子午面上旋成体的边界形状都相同。常用的旋成体一般由三部分组成：削尖的弹头部，延伸的圆柱部，收缩（或扩张）的弹尾部。为分析方便，对旋成体常采用柱坐标，如图5-1所示。5.1旋成体基本概念和绕流图画组成旋成体的几何参数有如下一些量：Dm——旋成体最大直径;Dd——旋成体底截面直径；Ln——弹头部长度；Lc——圆柱部长度；L

2、t——弹尾部长度；Lb——旋成体总长度；β0——弹头部头顶部；βt——弹尾部收缩角；为旋成体长径比，相应的有、、分别表示弹头部、圆柱部和弹尾部的长径比。为旋成体收缩比。除上述几何参数外，还有两个主要的无量纲量：5.1旋成体基本概念和绕流图画(一)弹头部自弹顶点到最大截面之间的部分，其长度以Ln表示。母线方程的一般形式为或其中常见的弹头部形状有以下几种：1、尖拱形母线为一段圆弧，该圆弧可以同圆柱部母线平滑相切，也可以在接合部具有一不大的折转角。前者称相切尖拱形，后者称为相割尖拱形，如图5-2所示。5.1旋成体基本概念和绕流图画相切尖拱形的母线方程为(5-1)式中分别为当地半

3、径与最大截面半径之比、所研究截面的当地相对坐标、尖拱形母线的相对曲率半径。弹头部长径比λn与相切尖拱形曲率半径的关系为确定了头部长径比λn，就可由上式求出相对曲率半径，反之知道了相对曲率半径也可求出λn。(5-2)5.1旋成体基本概念和绕流图画在建立和研究尖拱形表面的绕流时，必须知道母线的切线斜率是怎样变化的，为此对式(5-1)进行微分。母线切线斜率的变化为(5-3)若设母线切线的倾斜角为β相切尖拱形头部顶点的切线斜率为(5-4)(5-5)由（5-2）和（5-5）式可以看出，λn越大，尖锐度越大5.1旋成体基本概念和绕流图画2、抛物线型母线为一抛物线，其一般方程是而实际应

4、用的抛物线形母线方程为在弹顶点，则顶点斜率为母线斜率为(5-6)(5-7)式(5-6)可以改写为(5-6a)当给定弹头部长径比λn和最大直径Dm，就可以绘制抛物线形母线。抛物线形母线也有相切和相割两种。指弹头部后面的一段圆柱体，其长度以表示。圆柱部长径比为5.1旋成体基本概念和绕流图画3、指数曲线形母线为一指数曲线，其方程为当n=1时，头部为圆锥形，母线方程为一般指数曲线形n=3/4。(二)圆柱部5.1旋成体基本概念和绕流图画(三)弹尾部圆柱部之后的一段，一般是收缩形的，也有采用扩张截锥形的。收缩形的形状有截锥形和曲线形。弹尾部的几何参数包括有长径比、收缩比、收缩角(或扩

5、张角)等。在计算中有时需要求侧表面积和体积，对于头部和截锥形尾部可利用下列式子：5.1旋成体基本概念和绕流图画二、流动图画我们以超音速气流顺着旋成体对称轴线(即α=0)的绕流图画来说明。显然这种流动在各子午面中均一样，故称轴对称流动。若弹头部是圆锥体，而圆锥半顶角β0<βm，此时在锥顶形成附着锥面激波如图5-3所示，θc为激波倾斜角。如果圆锥体很长的话，则沿锥顶o的同一根射线上气流参数将是一样的，即属于锥型流动。5.1旋成体基本概念和绕流图画如果弹头部是曲母线．则由于物面的折转可能使气流膨胀，产生一系列膨胀波，如图5-4所示。这些膨胀波与激波相交，都使激波削弱，离物面愈远

6、，波强愈弱，θc角愈小因而形成曲面激波。气流经过弹头部以后，如遇到折转点(例如圆锥头部和圆柱部分结合处)将发生膨胀过程。气流经此膨胀过程压强降低，随后由于圆柱部的三维效应压强又逐渐升高。同样，在圆柱部与船尾部的结合处，也将发生这种膨胀过程。在底部处气流膨胀使底部压强较来流压强低形成所谓底部阻力，参见图5-5中底部形成的低压尾涡区。5.1旋成体基本概念和绕流图画三、坐标轴系和空气动力、力矩(一)坐标轴系研究弹丸的运动和所受的空气动力常用的坐标轴系有：速度轴系、弹体轴系、地面轴系以及对轴对称弹丸比较方便的柱、球坐标系。为了研究方便，我们还把坐标系的原点置于弹尖端点或质心上，由

7、于考虑到弹丸本身质心位置在飞行过程中可能变化（如火箭燃料耗损及内部机构运动等引起）。因此，常常把坐标系的原点置于弹尖端点上。这样就相当于弹丸处于静止位置，而气流绕流弹丸运动。须要指出的是，弹体坐标系中垂直平面x1oy1的位置应作这样的选择，使它既是弹体的对称面，而且在有迎角α的一般情况下，它又是绕流弹体的气流对称面。这样弹体轴线ox1和速度向量就都在对称面之中。轴线和速度向量构成的夹角为迎角，迎角所在的平面称为迎角平面或阻力面。1、弹体轴系(o-x1y1z1),（见图5-6）5.1旋成体基本概念和绕流图画ox1—位于弹体对称平