空气动力学小知识

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1、空气动力学与飞行力学基础知识内容绪论基本概念飞行力学基础绪论飞行器空气中的运动体，一个复杂的被控对象，要想控制它，需要了解气流特性与飞行器在气流中飞行时的特性飞行力学：研究飞行器在大气中飞行时的受力与运动规律，建立飞行器动力学方程空气动力学是力学的一个分支研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。还涉及飞行器性能、稳定性和操纵性等问题。包括外流、内流。遵循基本规律：质量守恒、牛顿第二定律，能量守恒、热力学第一、第二定律等。发展简史：18世纪

2、流体力学开始创建：伯努利公式、欧拉方程等。19世纪流体力学全面发展；形成粘性流体动力学、空气-气体动力学：NS方程、雷诺方程等。20世纪创建完整的空气动力学体系：儒可夫斯基、普朗特、冯卡门、钱学森等，包括无粘和粘性流体力学。1903年莱特兄弟实现飞行，60年代计算流体力学。。。。。。分类：低速亚声速跨声速超声速（高超）稀薄气体空气动力学、气体热化学动力学、电磁流体力学等工业空气动力学研究方法：实验研究风洞、水洞、激波管中进行的模型试验（相似原理）飞行试验优点：较真实、可靠不足：不能完全、准确模拟、测量精度、人力、物理理论分析流动现象=》物理模型=》基本方程

3、=》求解=》分析、判断=》修正揭示内在规律，受数学发展水平限制、难满足复杂问题数值计算近似计算方法（有限元）经费少、但有时结果可靠性差我国发展概述风筝、火箭、竹蜻蜓、气球等1934年、航空工程系50、60年代航空工业崛起70年代建立门类齐全的航空工业体系改革开放后跨越发展第一节空气动力学的基本知识一、流场定义可流动的介质（水，油，气等）称为流体，流体所占据的空间称为流场。流场的描述流体流动的速度、加速度以及密度p、压强p、温度T（流体的状态参数）等—几何位置与时间的函数（1）流体微团：空气的小分子群，空气分子间的自由行程与飞行器相比较太小，可忽略分子的运动

4、（2）流线：流体微团流动形成的轨线，流线不相交、流体微团不穿越流线（分子的排斥性）一、流场（续）（3）流管：多个流线形成流管管内气体不会流出管外气体也不会流入，不同的截面上，流量相同（4）定常流：流场中各点的速度、加速度以及状态参数等只是几何位置的函数，与时间无关（5）流动的相对性物体静止，空气流动物体运动，空气静止相对速度相同时，流场中空气动力相同二、连续方程在流管上取垂直于流管中心线上流速方向的两个截面，截面I：截面Ⅱ：空气流动是连续的，处处没有空隙定常流：流场中各点均无随时间分子堆积，因而单位时间内，流入截面Ⅰ的空气质量必等于流出截面Ⅱ的空气质量质量

5、守恒原理在流体力学中的应用或写成：在V小、小范围内连续方程：A大，V小A小，V大三、伯努里方程（能量守恒定律）在低速不可压缩的假设下，密度为常数伯努里方程：其中：p-静压，1/2V2—动压，单位体积的动能，与高度、速度有关表明静压与动压之和沿流管不变当V=0，p=p0，—最大静压V大，p小；V小，p大四、马赫数M马赫数：为气流速度(v)和当地音速(a)之比:音速：微弱扰动在介质中的传播速度。音速：T:空气的绝对温度音速a与温度有关，表示空气受压缩的程度,是高度的函数临界马赫数Mcr迎面气流的M数超过某数值时，翼面上出现局部的超音速区，将产生局部激波，此

6、时远前方的迎面气流速度V与远前方空气的音速a之比Mcr-每种机翼的特征参数飞行速度定义M<0.3时为低速飞行；0.35为高超音速飞行五、弱扰动的传播飞机在大气中飞行—扰动源扰动源以速度V在静止空气中运动，相当于扰动源静止而空气以速度v流动扰动源v=0，以音速传播（a）Va,M>1,（d）前方空气未受扰飞机前临近空气,突然，形成激波,受扰区限

7、于扰源下游的马赫锥内六、激波气流以超音速流经物体时，流场中的受扰区情况与物体的形状有关，超音速—强扰动，产生激波激波实际上就是气流各参数的不连续分界面在激波之前，气流不受扰动，气流速度的大小和方向不变，各状态参数也是常数；气流通过激波，其流速突然变小，温度、压强、密度等也突然升高钝头物体的激波是脱体波（正激波），产生大波阻楔形物体的激波是倾斜的（附体波），波阻较小，用于超音速飞机的机头七膨胀波伯努利静态公式不适用于高速流动情况，由于空气高速流动时密度不是常数由推导伯努利方程动态过程，得出考虑到空气的可压缩性的能量守恒方程：流管截面积增大(dA为正)的情况

8、下，流速变小或增大,与M数有关超音速气流的变化过渡区内气体是连续膨